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作者Baneling (爆炸一哥)
看板Electronics
標題Re: [問題] constant gm bias 設計問題
時間Thu Oct 4 20:48:05 2018
※ 引述《Baneling (爆炸一哥)》之銘言： : 標題: Re: [問題] constant gm bias 設計問題 : 時間: Wed Oct 3 00:15:08 2018 : : ※ 引述《tomlin1106 (奇德)》之銘言： : : 最近在研究constant gm bias電路遇到一些問題 : : gm=u Cox（W/L）（Vgs-Vt） : : 是說gm如果要constant : : 從上面式子分析Vgs也要constant : : 以一般最簡單的兩個pmos和兩個nmos的bias看 : : 如果要解決gm 不隨Vdd變動的話 : : 是不是就是要消除電路上的channel length modulation？ : : 進而得到constant vgs？ : : 然後得到constant gm和constant Iref？ : : 如果這個理論成立 : : 想問一下一般設計constant gm所加的電阻是為了更加減少channel length modulation的 : : 影響嗎？ : : 還是為了讓bias更加穩定而已？ : : 最後為什麼要讓gm constant？ : : 這個電路的關鍵是MOS的比例是1:4，其實也沒有什麼原因 : : 跟High swing cascode current mirror一樣，在電流相同的情況下要讓底下的元件 : : 其跨壓為Vov，電流相同尺寸差4倍，理想上Vov就差2倍，電阻上的跨壓就會被鎖在Vov/2 : : 因此Vov/2=ID*R，那gm=2ID/Vov=1/R，就這樣而已... : : (不過說真的... 我也不知道為何這麼多教科書書要把這東西搞這麼複雜....) : : 在電路符合平方率的情況底下(偏壓在strong inversion)，可以讓gm只與R有關係 : : 至於I要怎麼設計則是跟你的W/L有關係... 只要不讓MOS離開strong inversion : : MOS的gm就會只跟R有關。當然實際設計的時候R會有製程漂移的問題 : : 為何要讓gm constant... 如果是類比電路，最大的好處就是固定放大器的頻寬(gm/C) : : 我覺得有些經驗分享一下好了，有錯誤的地方也請各位朋友指點一下 : -- : ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 1.173.168.183 : ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Electronics/M.1538496910.A.5BA.html : ※ 編輯: Baneling (1.173.168.183), 10/03/2018 00:17:18 : → MuPei5566: 如果考慮到PVT,勢必Bias voltage會飄移,假設要設計的電 10/03 08:08 : → MuPei5566: 路需要穩定的偏壓,是否有除了做BandGap以外的方式,協助 10/03 08:08 : → MuPei5566: Bias提供穩定電壓源? 10/03 08:09 我是覺得你可以先去看看Martin寫的AIC，我記得第二版有把Bias/reference拿出來講一講 一般的bias circuir其實是提供篇壓電流給放大器或者差動對，constant-gm的好處就是 能讓從bias circuit mirror出去的電流經過放大器，其gm會只與bias circuit的R有關係 固定gm有甚麼好處? gain是不敢說... 因為跟ro這種東西有關... 但起碼你的BW跟noise的量級會被定在一個範圍內 這裡有個迷思就是MOS的gate不是用固定電壓去bias決定它的特性的... 因此Bias Circuit的功用並非產生穩定電壓，它依然會受溫度影響 但可以確保的是放大器的gm變異會小很多，依然會有變化的原因是即使是constant-gm 裡面的電阻也是有溫度係數的.... 如果要產生一個不受溫度影響的電壓(Reference)基本上還是要靠BGR這類的電路 但它的目的就不是產生一個電壓去偏壓MOS... 而是產生一個參考電壓(Vref)給系統用 例如LDO、ADC/DAC之類的電路，更廣泛的用途則是將Vref經過一個V/I轉換產生一個 好的電流源，通常current sterring DAC會需要這種電路，甚至PLL中Ring-based VCO 也會有這種應用... 當然這邊也有個迷思就是Vref有沒有可能設計在特定精確的電壓? (例如3/4VDD?) 個人覺得這也是很多初學會有的問題，簡單來說Vcm不一定要是VDD/2 但它要是一個穩定的值，同時Vref+到Vcm與Vref-到Vcm的壓差一樣就可以用了... 除非只單量測IP，不然應用在系統之中，電路設計考量的點還是比較廣... 簡單來說要把Bias跟Reference當作兩件事情分開看，用途不同不要混在一起 另外補充一下如果是真實在實作，電阻阻值一定會跑掉的... 通常不是用fuse或者 ROM+開關去把電阻值修正回來，就是設計一個電路能夠容忍阻值飄移都還能動... 前者成本就是額外電路，後者成本是電路需要over design(通常很over)。 或者... 請PE幫忙讓阻值不要飄那麼多，但基本上還是很難把電阻漂移量壓到很低 : 推 susuper: 大於4倍是有原因的,您可以推導consant gm的迴路分析，, A 10/03 12:33 : → susuper: C的loop跟PSR TRAN還有 transient responds都要考量唷 10/03 12:33 這樣講就把DC跟AC混在一起了，基本上差4倍就是為了constant-gm，原因我在內文說過了 你在算High swing cascode current mirror的bias的時候會去算AC嗎... 當然是讓下面那顆MOS的Vds=Vov擺幅才能到最大... 不管是Bias跟BGR它們都是有回路穩定度的問題 pole/zero都需要注意也都有可以補償的方式 但AC是AC，DC是DC，不要混在一起講..... Transient就更廣了，看你是要討論VDD start-up的速度還是你的電路受到外在干擾 有kick back的問題，這兩類問題的處理方式略有不同 : 推 jamtu: constant gm　本來就不是為了準確度　 10/03 16:34 : → jamtu: 因為gm=1/R的假設是square law成立　不成立就沒用 10/03 16:34 : → jamtu: 要真的準的東西　還是BGR比較可靠 10/03 16:35 恭喜你畢業啦~ 有看到你的口試過程，不知道有沒有機會看看你的博論 現在sensor也是我的工作內容之一，覺得你的研究對我來說很有參考價值... : 推 cebelas: 所以重點是要去從系統上面想好你要const. 是誰 10/03 21:52 基本上這個電路的用途就是constant-gm 只是看需求是什麼... 但個人覺得很多情況下多一個BGR和V/I轉換電路，問題會少很多很多 constant-gm bias circuit受到電阻製程飄移的影響還是有點大 以上一些經驗分享，歡迎大家討論囉 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 1.173.185.183 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Electronics/M.1538657287.A.3E8.html
推 susuper: 感謝您的熱心分享，但是您誤會我的意思了，我的意思是 10/04 21:49
→ susuper: 一個電路不能只看它的DC，假設您的Constant gm的電阻是 10/04 21:50
→ susuper: 在中間，沒有BODY Effect那種，您如果比例用<4 看看 10/04 21:51
→ susuper: 或是您一般的Constant gm 如果Diode Connect在有電阻那邊 10/04 21:52
→ susuper: 這對您去算Operation Point是會有影響嗎? 10/04 21:53
有點累 直接回了... 一個電路如果你連DC都沒處理好還有後續嘛...? 原理我說了，就跟high swing cascode current mirror一樣 MOS diode只是為了產生一個偏壓，這個偏壓可以讓對面MOS底下元件的跨壓為Vov 那你在設計cascode current mirror的時候 會把串疊的電晶體放在產生偏壓的MOS diode底下嗎...? M=4是因為電晶體符合平方率... 為了控制電阻上的跨壓所設計的 當然比例有可能會調整，因為現在的MOS並不一定是平方率 要先符合這些條件才有所謂的constant-gm... 如果不符合這個狀況(DC)，那去把MOS的比例弄到小於4意義是什麼...? 類比電路毛很多呀... 像處理製程的問題我內文不是也說了不少 但我個人是覺得先把基本的東西搞好，再來討論更艱深的東西... 如果連基本理論都沒辦法用很簡單的方式去說明，要如何設計出不容易掛掉的電路呢..? ※ 編輯: Baneling (1.173.185.183), 10/05/2018 00:31:54
→ mmonkeyboyy: 數位毛也很多啊....Q_Q 10/08 09:08
推 jamtu: 其實我覺得const gm就是一個low cost的BGR @@ 10/09 09:02
推 MuPei5566: 感謝經驗分享，我其實看法跟版主很類似，本來也只是覺 10/13 03:58
→ MuPei5566: 得是low cost 的BG但看完這篇稍微對照目前做的東西，就 10/13 03:58
→ MuPei5566: 稍微有些概念了。目前有朋友建議我把電阻的部份分一半 10/13 03:58
→ MuPei5566: 到PCB上，減少PVT 影響，但單就模擬階段我還是覺得不知 10/13 03:58
→ MuPei5566: 道哪邊怪怪的 10/13 03:58