自举基准的启动电路的思考_5_19

今天学习了Allen老师的《CMOS模拟集成电路设计》的4.5基准电压和基准电流对自举基准或者称为VTV_TVT​基准源的启动过程进行了思考。自举基准的主要特点就是与电源电压无关其的中心思想就是通过有源器件上的电压产生电流并设法采用该电流提供通过器件的初始电流那么可以得到各种用途的、独立于VDDV_{DD}VDD​的电流或者电压。下面介绍一下书中给出的基准电路。第一个电路如下图所示书中对于这个电路的工作原理已经描述得很清晰了。M2的漏极电流流过电阻RRR使得电阻两边产生电压这个电压又作为M1M1M1的栅源电压VGS1V_{GS1}VGS1​从而使其产生漏极电流I1I_1I1​又因为M3M3M3和M4M4M4组成的电流镜从将这个电流复制到M4M4M4的漏端进而又作为流过M2的漏极电流。也就是由M2M2M2的漏极电流产生的电流又作为漏极电流流过M2M2M2这就是其自举的过程。但是这个电路会存在电流为0的情况也就称为“简并点”。现在我们主要对兼并点进行分析。简并点就是电路中所有节点之间的电流为0。所以带着这个前提条件我们分析一下这个电路每个节点的电位情况。由于I2I_2I2​为0所以电阻两端的电压为0所以M2M2M2的源极电位为0同时M1M1M1的栅极电位也是0。对于M3M3M3和M4M4M4因为其电流为0所以它们的栅极电位应该大于VDD−VTV_{DD}-V_TVDD​−VT​也就是M2M2M2的漏极电位大于VDD−VTV_{DD}-V_TVDD​−VT​。那么对于M2M2M2的栅极呢因为M1M1M1和M3M3M3都处于截止状态所以它们的漏极电位是不确定的呈现为高阻态。但是由于M2M2M2的漏极电流为0的这个前提条件我们可以明确知道的是VGS2VTV_{GS2}V_TVGS2​VT​又因为M2M2M2的源极电位等于0所以虽然不能确定M2M2M2电位的确切的值但是该点的电一定是小于VTV_TVT​的。下面我们标出电路中各点的电位如下图所示。所以我们看到这个电路的关键问题就是M2M2M2的栅极电压正是因为它的栅极电压是高阻态电压可能比较高但是也可能比较低如果这个点的电位低于阈值电压那么整个电路就可以稳定地保持电路中的电流为0 。所以启动电路的作用就是给这个栅极一个确定的高电压。图中的M7M7M7我们可以看到其漏极电位是VDDV_{DD}VDD​栅极电位是M8M8M8管的VONVTV_{ON}V_TVON​VT​因此只要M7M7M7的VGS7VTV_{GS7}V_TVGS7​VT​那么M7M7M7一定会工作在饱和区又因为M7M7M7的源极接到这个高阻态节点相当于“悬空”所以源极的电位就会被拉高。只要源极的电位高于VT那么M2M2M2就会产生漏极电流进而整个电路都会产生电流。这就是电路的启动过程。因为电路只存在两个平衡点不是这个就是那个所以当电路脱离简并点后电路就会运行在我们需要的两路电流相等的状态。那么此时M2M2M2的栅极电位大概是2VGS2V_{GS}2VGS​而M7M7M7的漏极电位为VGSV_{GS}VGS​所以M7M7M7会在电路正常工作状态处于截止区不会影响正常电路的工作。