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  • 關于電阻方式二極管連接的MOS管問題分析
    • 發布時間:2021-03-19 20:02:55
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    關于電阻方式二極管連接的MOS管問題分析
    對于基本的二極管連接的 mosfet,我們都知道其阻抗約為 1/gm。在實際電路中,也有其他類似的接法,如對于下圖中 A,B 分別所示的電阻方式的連接:圖中 A 在考慮調零電阻對輸出阻抗影響時有類似的問題,而 B 則見于自偏置方式的 cascode 接法。這里,我們來看下各自的等效阻抗的變化。
    二極管連接的MOS管
    對于 A 結構
    在考慮直流情況下, 電阻上沒有電流流過, 實際X點和Y點電位相等, 可以認為和基本的二級管連接的電路相同, 其等效阻抗為 1/gm.
    我們也可以分析其小信號電路, 注意這里考慮 X 點對地的電容 Cx, 通過分析可以得到在 Y 點看到的阻抗為: Ry=(1+s*Cx*R)*rds/[1+gm*rds+s*Cx*(rds+R)]
    若忽略 rds, 可簡化為:
    Ry=(1/gm)*(1+s*Cx*R)/(1+s*Cx/gm),
    在直流下, Ry=rds/(1+gm*rds),  同樣可以看出其阻抗近似為 1/gm
    需要注意的是,若使得 R=1/gm,則 Ry 表達式中零極點可以對消,從而得到更好的頻率響應,這也是有些高速電流鏡采用類似結構的原因,如下圖所示。
    二極管連接的MOS管
    高速電流鏡
    對于 B 結構
    若不考慮寄生電容的影響,對電路分析可以得到:
    1.  Vx=Vy-Iy*R
    2.  Iy=gm*Vy+Vx/rds
    計算簡化之后, 可以得到 Y 節點的等效阻抗為:
    Ry=(rds+R)/(1+gm*rds), 近似為 (1+ R/rds)/gm, 可以看出仍是 1/gm 量級。
    上面的結果同樣可以通過反饋的考慮得到, 只是需要注意此時的環路增益為 gm*rds 而不是 gm*(R+rds), 這實際上可以和 Cascode 的增益 gm1*ro1*(1+gm2*ro2)對比,若 Cascode 管 gm2=0,即變為簡單電阻 ro2 串聯在輸入管上,增益變為 gm1*ro1.
    具體的小信號分析可見下圖:
    二極管連接的MOS管
    開環等效電路
    上圖中將 Y 節點的反饋斷開,考慮電阻 R 一端接電流源,故認為開路,因此反饋的電壓
    Vy,out=Vy,in * gm*(R+rds)
    考慮到電路在輸出為電壓(并聯)反饋,因此加入反饋后阻抗變為: Ry=(rds+R)/(1+gm*rds)
    利用類似的分析,同樣可以得到 X 節點的等效阻抗,注意此時是在 X 節點注入一個小信號電流看其等效阻抗,得到的結果與 A 結構類似:Rx=rds/(1+gm*rds)。這里需要注意的是 X 節點的等效阻抗比 Y 節點的等效阻抗更小。
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