運算放大器偏壓電路

，可藉由增加外接的電容負載C_L降低ω_u，其中g_m1為輸入差動對電晶 體的轉導。

_u ^m1

L

g

ω = C

由I_out推導出。如圖 3.15，在忽略基體效應、有限輸出阻抗、幾何形狀 不匹配等二階效應的條件下，可推導以下關係式

GS1 GS2 D2 S

V =V +I R （3-12）

(

) (

)

n ox N n ox N

2I 2I

C W / L C K W / L I R

μ ⁼ μ ⁺ （3-13）

(

)

n ox N

2I 1

1 I

C W / L K μ

⎛ − ⎞=

⎜ ⎟

⎝ ⎠ R （3-14）

( )

2

out 2

n ox N S

2 1 1

I 1

C W / L R K μ

= × ⎛⎜ −

⎝ ⎠

⎞⎟ （3-15）

因此M1 的轉導值為

( )

m1 n ox N D1

S

2 1

g 2 C W / L I 1

R K

μ ^{⎛ ⎞}

= = ⎜⎝ − ⎠⎟ ^（3-16）

其值只與電阻RS以及M1、M2 的電晶體大小比例有關，而與VDD無 關，與μnCox無關。這樣轉導值對於供給電壓與溫度的變化有很小的 相依性。設計時如果令M2的尺寸為M1 的四倍，則K=4，gm1=1/RS， 可設計出轉導值大小只與電阻RS相關。由此偏壓電路提供偏壓的電晶 體皆具備固定轉導的特性。

圖 3.15與供應電源無關之電流電路

上述的電路架構雖然具有定電導的特性，但由於輸出阻抗過低，

此缺點將會使電流源容易受到通道長度調變效應的影響，一般的解決 方式都是採用串接電流鏡的架構來解決。如此一來將會使輸出端的訊 號變動範圍縮小，而解決的方法是採用寬振幅串接式電流鏡之電路，

如圖3.16所示。

圖3.16寬振幅偏壓電路

在圖 3.16中，MN1 為一個二極體連接型式的電晶體，其主要的 功能是提供MN2 偏壓。MN1 產生一個適當的偏壓來控制MN2，且 MN2 是用來增加MN3 的V_GS，並將MN3 電晶體的V_DS控制在飽和區 的邊緣，因此MN3 的V_DS會相當的小。再利用MN2 與MN3 將電流複 製到MN4 與MN5上，由於串接電晶體的關係，使電路具有高輸出阻 抗 ， 能 夠 避 免 電 流 源 受 到 通 道 長 度 調 變 效 應 的 影 響 。 因 為

(

)

(

)

(

)

(

)

的特性及MN5會有MN3的特性，故輸出端的訊號變動範圍較傳統的 串接式電流鏡要來的大。

圖 3.17寬振幅定電導偏壓電路

綜合以上的考量，圖 3.17 為寬振幅定電導電路，用來做為摺疊 疊接式運算放大器的偏壓電路，此種架構非常適合於低供應電壓的設 計。MN15、MN16、MN17和MP18 為Start-up電路，當寬振幅定電

導偏壓電路中沒有電流時，MN17 將會 OFF，由於 MP18 永遠保持 ON，因此會將 MN15和MN16的閘極端拉至高電位，此時電流會注 入寬振幅定電導偏壓電路，使得偏壓電路開始啟動。啟動後，MN17 也會跟著 ON，MP18 所有輸出的電流會從 MN17 流出，使得 MN15 和 MN16 的閘極端推至低電位，MN15 和 MN16 OFF 並不再影響偏 壓電路。如圖 3.18 所示，為尚未加入起始電路的輸出電壓與電流模 擬結果，可知電壓值不在正確的地方，而電流幾乎趨近於零。而在加 入起始電路後，如圖3.19 電壓與電流值在80ns之後達到穩定的正確 值。

圖3.18 偏壓電路尚未加入起始電路的電壓與電流

圖3.19 偏壓電路加入起始電路的電壓與電流