Unterschiede zwischen Stromquellentransistor und Stromspiegel

In dieser Konfiguration

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wenn die beiden pMOS gleich sind, liefern sie den gleichen Drain-Strom an beide Zweige: Angenommen, Vbias wird so gewählt, dass der Drain-Strom einen bestimmten (konstanten) Wert Ibias hat. Wenn darüber hinaus ein neuer pMOS hinzugefügt und mit derselben Vdd und demselben Gate-Potential Vbias verbunden wird, erzeugt er denselben Drain-Strom wie M1 und M2.

Aber oft wird die aktuelle Spiegelkonfiguration verwendet:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

wobei der Drainstrom von M1 Ibias ist (und es ist der Drainstrom jedes anderen Transistors, der gleich M1 ist und auf die gleiche Weise verbunden ist).

Ich denke, dass die beiden Konfigurationen (mit entsprechenden Ibias- und Vbias-Werten) gleichwertig sind.

Meine Fragen sind:

  • ist die zweite Konfiguration die häufigste in CMOS-Schaltungen? Ich fand es öfter als das erstere;
  • wenn ja oder wenn nein, warum?
Woher wissen Sie in Ihrer ersten Schaltung, welchen Ausgangsstrom Sie bei einer bestimmten Eingangsspannung erhalten? Beachten Sie, dass das PMOS-Verhalten nicht von Chip zu Chip identisch ist, wenn Sie diese Schaltung auf mehreren Chips aufbauen.
Ich wähle Vbias entsprechend den Transistoreigenschaften. Ja, mit unterschiedlichen Transistoren erhalte ich unterschiedliche Ströme.
Selbst wenn Sie mehrere Kopien des exakt gleichen Chipdesigns herstellen, variiert die MOSFET-Leistung von Chip zu Chip und von Wafer zu Wafer.

Antworten (2)

In Ihrer ersten Schaltung ist es ungewiss, welchen Ausgangsstrom Sie bei einer bestimmten Eingangsspannung erhalten. Erstens, denn wenn Sie diese Schaltung auf mehreren Chips aufbauen, wird das PMOS-Verhalten nicht von Chip zu Chip identisch sein. Auch weil sich das Verhalten der PMOS-Vorrichtung ändert, wenn sich die Temperatur ändert.

In der zweiten Schaltung wissen Sie, dass der Ausgangsstrom im Wesentlichen identisch mit dem Eingangsstrom ist, unabhängig von Schwankungen der MOSFET-Leistung. Der Trick besteht dann einfach darin, eine Stromquelle für den Eingang zu schaffen, die gegenüber Prozess- und Temperaturschwankungen unempfindlich ist.

Was "bevorzugt" ist, macht keinen Sinn, da die beiden Schaltungen unterschiedlich sind.

Der erste ist unter der Annahme gut angepasster Transistoren lediglich eine Möglichkeit, zwei verschiedene Stromquellen auf denselben Wert zu steuern.

Der zweite ist ein Stromspiegel, wie Sie sagen. Der Zweck besteht darin, dass die Stromquelle den gleichen Strom ("Spiegel") erzeugt wie der von einer Last gezogene Strom. Sie nennen diese Last Ibias in Ihrem zweiten Schema. Nur eine Stromquelle wird gesteuert, und sie wird implizit gesteuert, indem ihr der Strom angezeigt wird, den sie liefern soll. Dies wird erreicht, indem die erste Schaltung mit Rückkopplung um das Steuersignal herum verwendet wird, so dass die erste Quelle dem Laststrom entspricht, dann folgt die zweite Quelle. Das Steuersignal selbst, das die Eingabe für die erste Schaltung ist, wird innerhalb des Blocks gehalten.

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