Để chứng minh dòng điện trong mạch không phụ thuộc Vdd, ta có:
V GS 1=V
GS 2 +V
Rs
Các MOSFET trong mạch đều được thiết kế để nằm trong vùng bão hòa. Vậy nên:
I D =1 2 β(V GS−V th )2 vớiβ=μ . Cox . W L →VGS=√2 I D +V th β Vậy nên: √ 2 βI1ref +Vth1=(√2 βIout2 +Vth2)+ Iout RS →I out = R2 2 . β (1−√K1 )2 S
Chúng ta có thể dễ dàng thấy được nếu bỏ qua hiệu ứng điều chế độ dài kênh thì dòng Iout lúc này không còn phụ thuộc vào Vdd mà chỉ còn phụ thuộc vào nhiệt độ.
Tuy nhiên, khi MOSFET còn nằm trong vùng đảo mạnh (strong inversion), dòng điện tạo ra lúc này vẫn còn phụ thuộc lớn vào nhiệt độ và tiến trình do vẫn còn ảnh hưởng bởi beta trong công thức đã chứng minh ở trên, vì vậy người ta thường thiết kế sao cho các MOSFET đều hoạt động ở vùng Subthreshold (V_GS≈V_th).. Ta có dòng của MOSFET trong vùng Subthreshold là:
Người hướng dẫn: TS. Võ Tuấn Minh SVT
H
ID=ID0. →V GS =n . V T . ln (IIDD0 . . LW ) Từ hệ thức trên, ta có:
n . V T . ln (IIDref0 ..WL11 )=n . V T . ln (IIDout0..WL22 )+ I out . RS →Iout =n .
RV T ln ( K )
S
3.2.2 Mạch khởi động
Mạch khởi động đóng một vai trò rất quan trọng trong khối Bias. Nó giúp đưa mạch từ điểm làm việc chết (dòng điện bằng 0) đến điểm làm việc bình thường (Iout ổn định). Tuy nhiên, mạch khởi động thông thường vẫn tiêu thụ một dòng điện không đổi sau khi mạch đạt trạng thái ổn định. Điều này làm cho mạch tiêu tốn năng lượng hơn.
Người hướng dẫn: TS. Võ Tuấn Minh SVT
Hình 3.5 Mạch khởi động (gạch nét đứt xanh)
Khi đặt nguồn Vddq vào mạch, tất cả các MOSFET đều ngắt và dòng qua các MOSFET đều bằng 0. Để vượt qua trạng thái này, mạch khởi động tạo ra một dòng điện ban đầu từ VDDQ sang P18 và N34 xuống VSS.
Có 2 điểm làm việc cần chú ý của mạch khởi động (Hình 3.6):
- Ban đầu lúc Iref = Iout = 0. Khi Vddq tăng làm Vout cũng tăng. Khi Vout > Vthn làm dẫn N34. VGS(P18) xuống thấp làm dẫn P18. Tạo ra dòng điện ban đầu.
- Lúc Vddq tăng, dòng Iout và Iref cũng tăng, dẫn đến dòng qua điện trở R33 tăng và áp rơi trên R33 cũng tăng, Vout giảm. Khi Vout < Vthn, N34 ngắt.