MOSFET-Dimensionierung in Wide-Swing-Current-Mirror-Design-Übung

TL:DR Woher weiß ich, wie man Transistoren dimensioniert?

Das ist das gleiche Problem wie dieses .

Da ich jetzt weiß, dass ich L ändern kann, weiß ich, dass mein W/L-Verhältnis, um Von = 200 mV zu machen, ungefähr 6,75 beträgt. Da ich auch weiß, dass M5 in Triode arbeiten soll, ist hier mein Denkprozess:

Von > 200 mV; dies wird durch W/L = 6,75 festgelegt (Berechnung an anderer Stelle).

Vds (für in Sättigung arbeitende Geräte) > 2Von (= 400 mV)

Vd5 = 400 mV

Das bedeutet, dass Vd5 = 800 mV ist

Das bedeutet, dass Vg5 = 800 mV ist

Daher Vth <= (kleiner oder gleich) 600 mV.

Unter der Annahme, dass Vth relativ ähnlich sind:

Vgs6 = Vg6 - Vs6 = Von + Vth

Vg6 = Von + Vth + Vs6

Vg6 = 200 mV + 600 mV + 400 mV = 1,2 V = Vg8 = Vd8 = Vg7.

Das Maximum, das Vs8 sein kann, ist 800 mV für M8, um die Vds-Spezifikation zu erfüllen. Da jedoch Vgs7 = 1,2 V und Vth = 0,6 V, gilt:

Vds7 < Vgs7 - Vth = 600 mV.

Und da hört mein Gedankengang auf. Die einzigen relevanten Gleichungen für MOSFETs, die mir einfallen, beinhalten W / L, nicht das eine oder andere, daher weiß ich nicht, wie ich die Größen dieser Transistoren einstellen soll. Mir wurde gesagt, dass M5, M6 und M8 alle die gleiche Größe haben sollten und das Grey et. Al. Buch Analysis and Design of Analog Integrated Circuits besagt, dass W / L7 1/3 der anderen W / Ls sein sollte, aber ich weiß nicht, ob dies für Stromspiegel mit Einheitsverstärkung oder alle Stromspiegel in dieser Konfiguration gedacht ist.

Wenn ich das Verhältnis, das ich vorher berechnet habe, nicht beibehalten möchte, dann bin ich wirklich verloren und weiß nicht, wo ich anfangen soll.

Ich versuche herauszufinden, wie ich so viel wie möglich aus Handberechnungen herausfinden kann, bevor ich zur Simulation gehe. Ich muss viele verschiedene Knöpfe drehen: W7, L7, M7, W8 = W5 = W6, L8 = L5 = L6, M8 = M5 = M6 (Multiplikatorfaktor, nicht Transistoren selbst). Die kleinste Anzahl von Knöpfen, die ich drehen kann (wenn M8, M5 und M6 identisch sind und ich das ursprünglich berechnete Verhältnis behalte UND wenn das Verhältnis von M7 1/3 der anderen sein soll) ist 4; Diese Zahl gerät schnell außer Kontrolle, wenn ich anfing, sie relativ zueinander zu ändern.

Was ist der nächste Schritt? Wie dimensioniere ich diese Transistoren?

Bearbeiten: Gehen Sie durch Simulationen. Wird regelmäßig aktualisiert

2018 18. Februar

L1,3,5,6 = 0,35 um

L2&4 = 0,7 um

W1&3 = 2,3625 um

W2&4 = 4,725 um

W5 = 0,35 um

W6 = 0,76 um

M1-2 = 4

M3-6 = 1

Endgültiger Schaltplan

V2 = 795,3 mV setzt den Ausgangsstrom auf 100 µA, und die Vorspannungen sind wie folgt:

-------------------------M1 ---- M2 ----- M3 ---- M4 ---- M5 ---- M6

Vgs (mV) ---------- 798,3 --- 782,7 --- 798 --- 783 --- 1182 -- 917

Vth (mV) ----------- 571 ----- 558 ---- 571 --- 558 --- 385 --- 480

Von(mV) ----------- 227,3 --- 227,8 --- 227 --- 225 --- 797 --- 488,5

Vds (mV) ----------- 399,3 --- 396 ----- 399 --- 399 --- 266 --- 917

Vds % Unterschied - -0,17 % - -1,01 % - -0,25 % - -0,25 % -- N/A -- N/A

Ro = 2 M-Ohm (Der griechische Buchstabe kann nicht angezeigt werden).

Trotzdem bleibt Vd4 konstant bei weniger als 800 mV, egal was ich tue. Was bestimmt dieses Niveau? Ist es M5?

Würden Sie bitte alle Ihre Spekulationen herausfiltern und bei der Mathematik bleiben. Ihrer Textwand kann man nicht folgen. Beenden Sie Fragen mit einem '?'.
Erlauben diese Designs FETS mit verschiedenen Schwellenwerten (Vts), die durch einen sehr kurzen Kanal oder einen längeren Kanal verursacht werden?
@analogsystemsrf ähm ... ja? Ich habe keine Ahnung. Übrigens habe ich in diesem Schema alle Bulks an vss gebunden; Seitdem habe ich sie alle mit ihren jeweiligen Quellen verbunden.
Sie sind hier in Ihrem Ziel nicht wirklich klar (oder ich vermisse es in Ihrer Beschreibung). Was ist Ihr Gesamtziel, das Sie erreichen möchten? Soll vd4 eine andere Spannung als 800 mV haben? Ich bezweifle das. Angesichts der Tatsache, dass i2 oben festgelegt ist, würde ich erwarten, dass das Ändern von m3 w und oder l einige Auswirkungen auf vd4 haben würde.

Antworten (1)

Die Größe hängt davon ab, was Sie erreichen möchten. Sie können auf den spezifischen Ausgangswiderstand, den spezifischen Spannungshub usw. abzielen. Sobald Sie ihn haben, schalten Sie Monte Carlo ein, um zu sehen, ob die Stromanpassung akzeptabel ist.

In Ihrem Beispiel hier machen Sie L länger für M3, während Sie eher die Mindestlänge von M4 beibehalten. Außerdem wird M4 ziemlich breit sein, da es von einer mehr oder weniger als Diode geschalteten Spannung vorgespannt ist, aber dennoch den Drain von M3 auf einem nützlichen Spannungspegel halten muss.

Ich bin noch nicht einmal an dem Punkt, an dem ich entscheiden kann, was ich erreichen möchte, weil ich nicht alle Transistoren an der richtigen Stelle vorspannen kann. Entweder ist Von für einen oder mehrere Transistoren zu niedrig oder Vds ist für einen oder mehrere Transistoren zu niedrig. Egal was ich versucht habe, ich war nicht in der Lage, die drei Transistoren, die in Sättigung sein sollten, richtig vorzuspannen.
@ John Doe Um es klar zu stellen: Wir sprechen über diesen Schaltplan und die drei fraglichen Transistoren sind M5, M6, M7? Eher bekommt man bei diesen Transistoren aufgrund der Architektur, also der Art und Weise, wie sie verschaltet sind, keine deutliche Sättigung. M8, M6 und M4 sollten sehr breit und kurz sein. M3 und M5 können länger sein, sind aber ziemlich breit.
Das ist der fragliche Schaltplan, und das sind die fraglichen Transistoren. Wenn Sie Frau und kurz oder breit und lang sagen, habe ich das noch nie gemacht, also habe ich keine Ahnung, was das bedeutet. Alles, was ich am wenigsten eindeutig habe, ist ein W / L-Verhältnis. Danach bin ich ratlos.
@John Doe Das Beste wäre, den Simulator auszuführen und Schritt für Schritt daran zu arbeiten. Ich verstehe, dass Sie diese Schaltung simulieren? Wenn ja, teilen Sie die Ergebnisse bitte in Ihrer Frage mit. Wir werden Punkt für Punkt daran arbeiten.
Ich habe die Simulationsergebnisse meines letzten Versuchs hinzugefügt.
@John Doe Nicht sicher, ob Ihr Ziel erfüllt werden kann, aber wenn Sie ein höheres Potenzial für den M5-Drain erzielen möchten, sollten Sie M6 breiter machen, wenn es nicht erfüllt wird, dann kürzer.
Ich werde das versuchen. Wenn ich das mache und nach Iout = 4*Iin suche und M5 und M6 unterschiedlich groß sind, muss W3 4*W5 und W4 4*W6 sein?
@ John Doe Ja, es ist richtig. Könntest du die aktuelle Situation im Bild so posten, wie es hier gemacht wird ?
@John Doe Entschuldigung für die späte Antwort, aber ich wurde nicht über Ihr Update benachrichtigt. Ihr Ziel ist Iout = 4 x Iin und Rout = höchstmöglich? Wenn Iout genau gleich 4 x Iin sein muss, ist es keine Überraschung, dass Vd2 gleich Vg1 sein muss. Ihre Transistoren sind sehr schmal. Wenn Sie eine höhere Rout anstreben, sollten Sie zuerst M4 breiter machen (W_M2 = 4 X W_M4). Das ermöglicht eine höhere Vd1 und sollte folglich zu einem höheren Rout führen.
Sie streben exakt Iout = 4 x Iin an. Selbst wenn Sie es jetzt in Ihrer Simulation haben, werden Sie in einem realen Prozess aufgrund dieser geringen Breiten weitaus schlechtere Ergebnisse erzielen. Matching wird schlecht sein. Wenn Sie Zugang zu Monte Carlo haben, versuchen Sie, einige Simulationen auszuführen.
Ich habe noch nie Monte-Carlo-Simulationen gemacht; Ich habe versucht, einen einzurichten, aber es ist nichts passiert. Google ist alles andere als hilfreich, wenn es um OrCAD geht.
@ John Doe Sicher. Das ist jetzt gut zum Lernen. Du machst es gut. Es ist wichtig, mit dem "Gefühl" von Schaltplänen zu beginnen. Was ist jetzt das Ziel? Was möchten Sie erreichen? Hast du versucht, breitere obere Transistoren zu haben, um den Router höher zu haben?
Das stelle ich jetzt ein. Da nur Sie mir helfen, gibt es einen schnelleren Weg zur Kommunikation? Manchmal lässt mich Stack Exchange Sie nicht in meinen Kommentaren markieren. E-Mail vielleicht? Wie jetzt. Ich versuche, Sie zu nehmen, indem ich "@" + "Tako" sage, aber wenn ich das tue, wird nur dieser Teil des Kommentars @Tako gelöscht.
@John Doe E-Mail ist eine gute Idee. Allerdings weiß ich nicht, wie wir E-Mail-Adressen austauschen sollen, ohne sie hier öffentlich zu machen. Ich wollte Ihnen eine private Nachricht schreiben, aber ich kann nichts dergleichen auf dem Profil von stackexchange finden. Haben Sie diese Frage schon mal irgendwo anders gestellt, wie edaboard.com/forum.php, designer-guide.org/Forum/YaBB.pl oder allaboutcircuits.com? Ich habe deine Frage erst hier im Forum bemerkt.
@John Doe Wenn du einen Kommentar schreibst, werde ich benachrichtigt. Wenn Sie das Thema (Ihre Frage) aktualisieren, bin ich nicht.
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