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  • 关于电阻方式二极管连接的MOS管问题分析
    • 发布时间:2021-03-19 20:02:55
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    关于电阻方式二极管连接的MOS管问题分析
    对于基本的二极管连接的 mosfet,我们都知道其阻抗约为 1/gm。在实际电路中,也有其他类似的接法,如对于下图中 A,B 分别所示的电阻方式的连接:图中 A 在考虑调零电阻对输出阻抗影响时有类似的问题,而 B 则见于自偏置方式的 cascode 接法。这里,我们来看下各自的等效阻抗的变化。
    二极管连接的MOS管
    对于 A 结构
    在考虑直流情况下, 电阻上没有电流流过, 实际X点和Y点电位相等, 可以认为和基本的二级管连接的电路相同, 其等效阻抗为 1/gm.
    我们也可以分析其小信号电路, 注意这里考虑 X 点对地的电容 Cx, 通过分析可以得到在 Y 点看到的阻抗为: Ry=(1+s*Cx*R)*rds/[1+gm*rds+s*Cx*(rds+R)]
    若忽略 rds, 可简化为:
    Ry=(1/gm)*(1+s*Cx*R)/(1+s*Cx/gm),
    在直流下, Ry=rds/(1+gm*rds),  同样可以看出其阻抗近似为 1/gm
    需要注意的是,若使得 R=1/gm,则 Ry 表达式中零极点可以对消,从而得到更好的频率响应,这也是有些高速电流镜采用类似结构的原因,如下图所示。
    二极管连接的MOS管
    高速电流镜
    对于 B 结构
    若不考虑寄生电容的影响,对电路分析可以得到:
    1.  Vx=Vy-Iy*R
    2.  Iy=gm*Vy+Vx/rds
    计算简化之后, 可以得到 Y 节点的等效阻抗为:
    Ry=(rds+R)/(1+gm*rds), 近似为 (1+ R/rds)/gm, 可以看出仍是 1/gm 量级。
    上面的结果同样可以通过反馈的考虑得到, 只是需要注意此时的环路增益为 gm*rds 而不是 gm*(R+rds), 这实际上可以和 Cascode 的增益 gm1*ro1*(1+gm2*ro2)对比,若 Cascode 管 gm2=0,即变为简单电阻 ro2 串联在输入管上,增益变为 gm1*ro1.
    具体的小信号分析可见下图:
    二极管连接的MOS管
    开环等效电路
    上图中将 Y 节点的反馈断开,考虑电阻 R 一端接电流源,故认为开路,因此反馈的电压
    Vy,out=Vy,in * gm*(R+rds)
    考虑到电路在输出为电压(并联)反馈,因此加入反馈后阻抗变为: Ry=(rds+R)/(1+gm*rds)
    利用类似的分析,同样可以得到 X 节点的等效阻抗,注意此时是在 X 节点注入一个小信号电流看其等效阻抗,得到的结果与 A 结构类似:Rx=rds/(1+gm*rds)。这里需要注意的是 X 节点的等效阻抗比 Y 节点的等效阻抗更小。
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