V xp.o = GS− th
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ LINH KIỆN VÀ THIẾT KẾ VẬT LÝ
3.1 Giới thiệu chương 3.2 Mạch phân cực
Mạch phân cực có nhiệm vụ tạo ra dòng điện phân cực không phụ thuộc vào giá trị nguồn áp, cung cấp dòng phân cực ổn định này cho mạch khuếch đại vi sai và mạch điều khiển tín hiệu đầu ra.
3.2.1 Ý tưởng thiết kế Xét mạch sau:
Hình 3.1 Mạch gương dòng điện sử dụng nguồn dòng lý tưởng
Nếu Iref là một nguồn dòng độc lập (không phụ thuộc vào Vdd) và bỏ qua hiệu ứng điều chế độ dài kênh (λ = 0) thì I_D2 và I_D3 tạo ra sẽ không phụ thuộc vào Vdd. Vậy làm thế nào để tạo ra Iref. Xét trường hợp sử dụng điện trở R1 như hình 3.2:
Hình 3.2 Mạch gương dòng sử dụng điện trở
∆ Iout=∆ Iref.(W L )2 (W L )1 = ∆ Vdd R1+g1 m .(W L )2 (W L )1
Dễ dàng thấy được là nếu dùng điện trở R1 để thay thế nguồn dòng lý tưởng thì dòng ra sẽ phụ thuộc rất nhiều vào Vdd. Vậy nên bắt buộc phải tìm được giải pháp khác. Giải pháp để thiết kế ra một mạch Bias có dòng điện tạo ra không phụ thuộc vào Vdd là mạch phải tự phân cực cho chính nó. Có nghĩa là dòng Iout tạo ra phải độc lập với Vdd, và dòng Iref phải được tạo ra từ dòng Iout bằng một cách nào đó.
Như chúng ta có thể thấy được ở hình 3.3. Dòng Iref được tạo ra từ dòng Iout nhờ cặp current mirror M3 và M4. Với kích cỡ MOSFETs đã chọn như vậy, Iout = K.Iref nếu bỏ qua hiệu ứng điều chế độ dài kênh. Khi các MOSFET mắc theo kiểu Diode được cung cấp dòng từ nguồn dòng, Iout và Iref gần như độc lập với Vdd nếu không xét đến sự thay đổi của Vgs.
Hình 3.3 Mạch self-bias
Nhưng thực tế thì khi Vdd thay đổi, Vgs của các MOSFET có thể cũng thay đổi và làm thay đổi dòng điện. Để dòng điện trong mạch được điều khiển tốt hơn, điện trở Rs được thêm vào cực S của M2 như hình 3.4. Điện trở Rs lúc này đóng vai trò như một điện trở hồi tiếp âm, khi VDD tăng làm cho Iout tăng, áp rơi trên điện trở Rs tăng làm áp Vs(M2) tăng nên Vgs của M2 giảm xuống, làm giảm Iout.
Hình 3.4 Mạch self-bias bổ sung điện trở Rs
Để chứng minh dòng điện trong mạch không phụ thuộc Vdd, ta có:
VGS1=VGS2+VRs
Các MOSFET trong mạch đều được thiết kế để nằm trong vùng bão hòa. Vậy nên: