參考源

(A) 固定轉導偏壓電路

實現參考源之最大目的在於產生電路系統中合適之參考電壓源或是 電流源，以維持整體電路中各個電路系統直流偏壓之工作點位置，並確保 參考源電路不受供應電源或是溫度等外界各種環境參數變化所造成的影 響。本節所實現之偏壓電路是與供應電壓源無關之固定轉導偏壓電路，原 型電路如圖3.28 所示。

圖3.28 原型之固定轉導偏壓電路[31]

此外g_m = 2µ_nC_ox

(

W /L

)

I_D ，因此(3.29)式亦可寫為 (Cascode Mirror)電路加以改善。

(B) 疊接式電流鏡

整理可得

(

V_GS1 −V_tn1

) (

+ V_GS2 −V_tn2

)

=2V_OD ≤V_o (3.32) 由(3.32)式可知，寬振幅之疊接式電流鏡之輸出電壓 V_O可低至兩個驅 動電壓 VOD。

圖3.29 寬振幅之疊接式電流鏡[10] [31]

(C) 寬振幅之固定轉導偏壓電路

藉由上述的分析，將高阻抗之寬振幅疊接式電流鏡代入原型之固定轉 導偏壓電路中，可如圖3.30 所示之寬振幅固定轉導偏壓電路。

圖3.30 寬振幅之固定轉導偏壓電路[10]

如圖 3.30 所示為寬振幅之固定轉導偏壓電路[10]，其中 M1 至 M4 為

N 型寬振幅疊接式電流鏡，M3 與 M4 之工作如同電流鏡中之二極體連接 式電晶體，M1 與 M4 之閘極端偏壓由 M5 之二極體連接式電晶體所提供，

M11、M10 與 M5 則構成此偏壓迴路。

M6 至 M9 為 P 型寬振幅疊接式電流鏡，M8 與 M9 之工作如同電流鏡 中之二極體連接式電晶體，M6 與 M9 之閘極端偏壓由 M14 之二極體連接 式電晶體所提供，M12、M13 與 M14 則構成此偏壓迴路。

一般在參考源電路中，需預防電路在開啟時無法正常動作，所以必須 加入起始(Start-Up)電路幫助參考源電路在初始時正常的動作。如圖 3.30 中，起始電路由M15 至 M18 所組成。當初始狀態時全電路電流為零時，

M17 關閉，而 M18 可視為操作於高阻抗之電晶體且一直為導通的狀態，

因此拉高M15 與 M16 的閘極端電壓而造成導通。M15 與 M16 之汲極電流 將流進偏壓迴路而起始了全電路之電流。一旦當 M17 導通時，M18 之所 有電流經由M17 所汲取，因此使 M15 與 M16 關閉且不在影響偏壓迴路。

由(3.29)式可知，固定轉導偏壓電路之汲極電流 I_D不受供應電壓源 V_DD 的影響，但仍受溫度與製程參數的影響。為了降低固定轉導偏壓電路對於 溫度變化的影響，由(3.30)式知，設計合適的長寬比將使偏壓電路中電晶體 之轉導值僅受電阻 RB的影響，因此藉由選擇適當的電阻材質可以降低偏壓 電流對溫度之敏感度。

由於寬振幅固定轉導偏壓電路提供整體電路之偏壓電流，如圖3.30 所 示，P 型之閘極偏壓端點 V_B2與N 型之閘極偏壓端點 V_B1，分別與前述之轉 導器與運算放大器電路中偏壓端點 VB2與 VB1相接，如圖3.4、3.7、3.8、

3.17 與 3.21 所示，以提供穩定且不受溫度影響之偏壓電流源。其中 V_B1與 VB2偏壓端點的操作範圍可根據(3.31)式之推導，其數學式如下所示

(

_{3 3}

)

_{1 3 4}

4 GS tn B GS tn

GS V V V V V

V + − ≤ ≤ + (3.33)

(

V_DD−V_SG8

)

+V_tn9 ≤V_B2 ≤V_SG9+

(

V_DD −V_SG8−V_tn8

)

(3.34)

如圖3.30 所示，供應電壓 VDD為5V 且 RB選用poly2 材質，當溫度由

Temp=-40°C Temp=25°C Temp=85°C Temp=140°C ^V_4.5V ^{DD V}_4.5V^DD

corner

圖3.32 寬振幅固定轉導偏壓電路之閘極偏壓端點電壓 VB2與VB1相對溫度 變化模擬圖

表3.5 寬振幅固定轉導偏壓電路規格表 電壓 溫度 25°C 0°C~50°C 變動量

VB2 3.52V 20mV

VB1 1.07V 10mV

在文檔中 改善轉導器線性度及應用轉導-電容運算放大器架構之可程式化類比陣列晶片設計 (頁 91-97)