2.2.2. Каскодный источник тока

Каскод представляет собой схему, состоящую из двух транзисторов, один из которых включен по схеме с общим затвором, а второй – по схеме с общим истоком, в которой транзистор, включенный по схеме с общим истоком, преобразует входное напряжение в ток, а транзистор, включенный по схеме с общим затвором при высокоомной нагрузке, преобразует входной ток в выходное напряжение.

Данная схема обладает рядом достоинств: большим выходным сопротивлением, увеличенным напряжением на стоке выходного транзистора. Недостатками данной схемы каскодного источника тока являются дополнительная емкость, создаваемая каскодным транзистором и увеличенное напряжение включения.

Рисунок 2.2.2.1. Схема каскодного источника тока на n-транзисторах

Недостатком приведенной ранее тестовой схемы каскодного источника тока является необходимость использования двух источников тока и двух транзисторов. Потенциал Vbnc можно получить при помощи подключения резистора, соединенного с транзистором.

Рисунок 2.2.2.2. Схема оптимизированного каскодного источника тока на n-транзисторах

Был построен оптимизированный каскодный источник тока на p-транзисторах.

Рисунок 2.2.2.3. Схема оптимизированного каскодного источника тока на p-транзисторах

Проанализируем его характеристики и характеристики каскодного источника тока на n-транзисторах, после чего сравним их.

Основными параметрами каскодного источника тока являются выходное сопротивление и диапазон работы. Зависимость диапазона работы от параметров L, W, R приведена на рисунках 4-6.

Диапазон работы определяется с помощью целевой функции, написанной на языке SKILL:

1.2-cross(IS("/M3/D") value(IS("/M3/D") 1.2 )*0.9 1 "either" nil nil )

А) Б)

Рис.2.2.2.4.Зависимость диапазона работы схемы от параметра W(А)

и параметра L(Б)

Рис.2.2.2.5.Зависимость диапазона работы схемы от параметра R

Как видно из графиков, диапазон работы схемы увеличивается при увеличении W, поэтому для дальнейшего анализа будем выбирать W=20мкМ. Из графика зависимости диапазона работы схемы от L видно, что оптимальное значение этого параметра равно 380нМ.

Оптимальное сопротивление резистора 7.4К Ом. Если нужно увеличить выходное сопротивление, то можно без существенных потерь в диапазоне работы схемы увеличивать сопротивление резистора.

Определим выходное сопротивление схемы на p-транзисторах, для этого используем выражение:

1 / deriv(IDC("/M1/S"))

Проведя параметрический анализ по R, получим следующий график:

Рис.2.2.2.6. Зависимость выходного сопротивления схемы от параметра R

Таким образом, выходное сопротивление каскодного источника тока на p-транзисторах равно 5.04М Ом. Диапазон работы составляет 1.084 В.

Проведем аналогичный анализ для каскодного источника тока на n-транзисторах.

А) Б)

Рисунок 2.2.2.7. Зависимость диапазона работы схемы от параметра W(А) и параметра L(Б)

Рисунок 2.2.2.8. Зависимость диапазона работы схемы от параметра R

Как видно из графиков, оптимальными являются параметры L=640нМ, R=6.8K Ом и W=20мкМ.

Определим выходное сопротивление схемы и сравним полученные параметры каскодного источника тока на n-транзисторах c параметрами каскодного источника тока на p-транзисторах.

Рис.2.2.2.9. Зависимость выходного сопротивления схемы от параметра R

Таким образом, выходное сопротивление каскодного источника тока на n-транзисторах равно 11.5М Ом. Диапазон работы составляет 1.117 В. Сравнив полученные параметры схем, можно сделать вывод о том, что выходное сопротивление каскодного источника на p-транзисторах примерно в 2 раза меньше, чем выходное сопротивление каскодного источника тока на n-транзисторах. Диапазон работы приведенных схем отличается незначительно.