Captl 7 Specch d crrente 7. Specch d crrente a transstre bplare 7.. Specch semplce l crcut dell specch d crrente semplce è l seguente: Q Q g. 7. Specch d crrente semplce Quest crcut è caratterzzat dal fatt che: B B B (7.) S è utlzzat l smblsm per amp segnal n quant l cmprtament del crcut è analg sa per pccl segnale che n cntnua. L equazne della crrente per amp segnale n regne attva dretta è: B v T + C α J Se (7.) c v Sccme, sltamente, >>, n prma apprssmazne s trascura l termne che dà la dpendenza d C C da v. C Se p ltre alla (7.) s suppne che Q e Q san realzzat nell stess prcess, s ha: α α α β β β (7.3) J J (7.4) S S -
Specch d crrente Se s mpne p cme cndzne d prgett che (7.5) segue dalla (7.): (7.6) C C Cò che mprta però è l legame ngress-uscta; dalla fg.(7.) s ha: C (7.7) + + (7.8) C B B ma dalle (7.3) e (7.6) segue che: B B B (7.9) qund, dalle (7.6) (7-8): + B + (7.0) β da cu: + β (7.) Se β >> segue, vver la crrente n ngress vene specchata n uscta. La quanttà β è un errre dvut a quella parte d crrente che s perde per almentare le bas. pssble fare un specch cn fattre N ( n ngress ed N n uscta) ssttuend l transstre Q della fg.(7.) cn N transstr n parallel: Q Q - Q - Q -N g. 7. Specch N Cme nell specch semplce (N) s ha: B B j j,,.., N B (7.) Suppnend che gl N+ transstr san ugual e che: j,,.., N j (7.3) -
Specch d crrente segue: C C j,,.., N j (7.4) e dalla fg.(7.): N (7.5) C + B + B +.. + B N + ( N + ) (7.6) N β N C dve la (7.6) è stata rcavata tenend n cnsderazne la (7.5) ed sservand che almenta N+ crrent d base ugual tra d lr. n defntva: N + N + β (7.7) dve questa vlta l termne d errre è: + N e (7.8) β ed è tant maggre quant pù è alt N, csa ntuble dat l maggr numer d crrent d base da sttrarre alla crrente d ngress. nfatt cn β 00, se N s ha un termne d errre del %, mentre se N9 è del 0%. Per la realzzazne d un specch cn fattre N, dall equazne (7.) s evnce che è suffcente fare n md che N. Nella pratca Q nn vene realzzat cme un unc transstre d area d emetttre N vlte l area d Q (fg. 7.3(a)), ma s cnsderan N transstr d area mnma, cè, cllegat n parallel (fg. 7.). Nn ptend cntrllare l prcess n manera unfrme per tutta la fetta d slc è pprtun allcare quest transstr l pù vcn pssble tra d lr n md da avere la mglre tlleranza relatva; a tal fne cnvene realzzare una struttura smmetrca attrn a Q quale quella trdale che rsulta essere la pù cmpatta pssble (fg. 7.3 (b)). 0µ m 50µ m 5 4 3 (a) (b) g. 7.3 Layut d specch d crrente (N5) S cnsder adess l cmprtament per pccl segnale dell specch d fg. 7.4, semplfcat per l pccl segnale n fg. 7.5. S è nteressat n uscta alla crrente d crtcrcut (fg. 7.4) per calclare l equvalente d Nrtn. Suppst, n cntnua sarà. B - 3
Specch d crrente CC B Z L ~ Q Q ~ Q Q g. 7.4 Specch d crrente cn segnale applcat g. 7.5 Mdell semplfcat per l segnale Dalla fg.(7.5) s nta che Q è cnness a dd qund è pssble sstturl cn la sua resstenza equvalente; per calclarla s cnsder la fg. 7.6: s s v s ~ Q v s ~ r π g m v be r c r g. 7.6 Resstenza equvalente nella cnnessne a dd dve Q è n regne attva dretta essend sempre. S ha: B C r r rc g g π m m (7.9) S cnclude allra che, per pccl segnal, un transstre cnness a dd può essere ssttut da una resstenza par all nvers della sua transcnduttanza. l mdell per pccl segnale d fg. 7.5 dventa qund quell mstrat n fgura 7.7. Cnsderand r c mlt grande: gmvbe (7.0) v be r π g m (7.) Q ~ /g m g. 7.7 Mdell per pccl segnale - 4
Specch d crrente Suppnend r >> g m π : v g (7.) be m dalle (7.0) e (7.) s ha: g g m (7.3) m acend un specch cn fattre N s ha: N (7.4) C C dalle (7.3) e (7.4), tenend cnt che g : m C T gm C N (7.5) g m C qund cò che è vals n cntnua vale anche per pccl segnale, per cu la crrente d uscta è N vlte quella d ngress. L equvalente d Nrtn dell specch d crrente rsulta essere un generatre d crrente par a resstenza nterna par alla resstenza d uscta dell specch: N cn una ~ r r c g. 7.8 quvalente d Nrtn Per quant rguarda la resstenza d ngress dell specch rsulta: r rc rπ rπ rπ rπ gm gm g m (7.6) n cnclusne s può dre che l specch d crrente è un bun amplfcatre d crrente n quant ha una bassa mpedenza d ngress, un alta mpedenza d uscta ed un guadagn par al fattre d specch. 7.. Recuper della crrente d base e dpendenza da C l prblema dell accuratezza dell specch semplce può essere n parte rslt utlzzand la tecnca del recuper della crrente d base che s effettua nel seguente md: B B3 Q 3 Q Q B B g. 7.9 Specch semplce cn recuper della crrente d base - 5
Specch d crrente L errre (calclat nella (7.8)) venva fur dal fatt che nn tutta la crrente dventava crrente d cllettre d Q, ma parte andava ad almentare le bas d Q e Q e se N era elevat, B dventava rlevante. n quest md la smma delle crrent d base vene frnta da Q 3, cè dpende da B ; ad s deve qund sttrarre sltant una crrente d base: + (7.7) C B3 Per un fattre d specch N cntnua a valere la (7.5) per cu: C C (7.8) nltre: B3 + (7.9) 3 B B + β 3 + β 3 cnsderand la (7.8) e che C β, s ha: B B3 β + β, ( ) 3 (7.30) Ssttuend la (7.30) e la (7.8) nella (7.7): + β + β, ( ) 3 (7.3) da cu segue: + β + β, ( ) 3 (7.3) strapland nel cas d un specch cn fattre N e suppnend β >> 3 s trva: N N + + β β, 3 (7.33) Cnfrntand la (7.33) cn la (7.7) s nta che l termne d errre nn è pù dat dalla (7.8) ma da: N + e β β, 3 (7.34) cè è rdtt d un fattre β, anche se β β n quant s sa che l guadagn d crrente nella cnfgurazne ad, emetttre cmune dpende dalla crrente d plarzzazne. ssend β < β e suppnend, ad esemp,, β 50 e β, 00, cn N9 s cmmette un errre par a N + 00 0.%, ntevlmente mglre del precedente 0%. β, β Qund n genere è cnvenente utlzzare l recuper della crrente d base gn vlta che s ha a che fare cn un elevat fattre d specch anche se la presenza d Q 3 cmprta una tensne d almentazne maggre d una B rspett al cas precedente creand prblem nel cas s vglan basse tensn d almentazne. - 6
Specch d crrente S prenda adess n esame l errre, fnra trascurat, dvut alla dpendenza della crrente d cllettre dalla C. Scrvend la (7.) per Q e Q, cnsderand n gn cas C (se necessar s utlzza l recuper della crrente d base), C e rcrdand le (7.), (7.3) e (7.4) s ha: C C v + v + C C (7.35) prr nn s può dre se v C v, anz n genere nn l è perché C v C v, mentre B v dpende dal carc che C s almenta. Nel cas de transstr bplar s ha >> v, sprattutt per tensn d almentazne basse, qund cn C buna apprssmazne è pssble trascurare l fattre: + v + v C C (7.36) 7..3 Specch cascdat S è vst nel prm paragraf che l specch semplce s presta mlt alla funzne d amplfcatre d crrente. Ptrebbe essere mglrat aumentand la resstenza d uscta e abbassand quella d ngress; ma mentre quest ultma, d valre g, è la mnma realzzable cn crcut elementar, la resstenza d uscta, par a m r c, può essere aumentata fn al valre β r ; a tale scp s utlzza l specch cascdat mstrat nella fg. 7.0. S è cs ssttut Q c cn una struttura cascde, vver s è aggunt n uscta all specch semplce un base cmune cme buffer d crrente, che prende la crrente da Q cn una resstenza par a r e la rcnsegna n uscta pressché nvarata cn una resstenza d uscta pù c elevata par a β r. La resstenza d ngress è nvarata e par 3 c3 r g m. β r C3 B3 Q 3 rc Q C Q g. 7.0 Specch cascdat Tra gl altr vantagg c è anche quell d dmnure ulterrmente l errre dvut al fattre (7.36) (anche se ne bplar, cme dett, quest nn è un prblema) ptend rendere C regland pprtunamente C al valre: B3 + (7.37) B3 B, B3 dve s è tenut cnt del fatt che B,. C La mnma tensne d plarzzazne necessara per garantre l funznament n regne attva è: + (7.38) B3mn C sat B3 (crca 900 m) e cò è un ulterre vantagg per le applcazn che rchedn bassa tensne. - 7
Specch d crrente L ncnvenente sta nel fatt che s è peggrata l accuratezza perché C, nfatt α 3 e, per quant bun C sa l nsegument d crrente, nn è ma α perfettamente uguale ad, ma è sempre un p pù pccl. nltre bsgna 3 fssare un altra tensne d plarzzazne, la, l che aumenta cst. B3 7..4 Specch cascde Un altra pssbltà per avere un amplfcatre d crrente mglre è quella dell specch cascde: r r Q 3 Q 4 Q Q g. 7. Specch cascde ssate: 3 4 (7.39) s ha: 4 + β (7.40) dve l termne d errre è dpp rspett a quell nel cas dell specch semplce, e cò è dvut alle quattr crrent d base da almentare anzché due. Dall equazne alla magla s vede che C ; qund l prblema relatv al fattre (7.36) vene superat senza C l ausl d un ulterre tensne d plarzzazne cme era necessar nel cas dell specch cascdat. Per l calcl della resstenza d ngress s sserva che la resstenza vsta dalle bas d Q e Q 4, rspettvamente r e π β r c, è mlt grande rspett a quella vsta dalle bas d Q e Q 3, rspettvamente g m e g m ; è qund pssble trascurare l nfluenza 3 d Q e Q 4 vedend sl la sere de due transstr cnness a dd Q e Q 3 : gm gm3 r + (7.4) Per quant rguarda la resstenza d uscta bsgna cnsderare la presenza d una pccla crrente che attravers la base d Q 3 e p Q e Q, vene retraznata vers l uscta, cè c è un rtrn della crrente d base d Q 4 su Q 4 stess. Tale fenmen fa s che: r β 4rc4 (7.4) Cnfrntand quest specch cn l cascdat s vede che ha un peggre trasferment d crrente, resstenza d ngress pù alta e resstenza d uscta pù pccla; sembrerebbe pù vantaggs l utlzz del cascdat, n realtà nn è cs a causa della necesstà dell ulterre tensne d plarzzazne. - 8
Specch d crrente 7..5 Specch d Wlsn Mglre de precedent, e cn sl tre transstr, rsulta essere l specch d Wlsn: Q3 Q Q g. 7. Specch d Wlsn ss presenta un trasferment d crrente par a: + β + β (7.43) n cu l termne d errre è addrttura mglre rspett a quell dell specch semplce cn l recuper della crrente d base. S ha nltre una resstenza d ngress: r g m (7.44) uguale a quella del cascde, ma pù alta d quella dell specch semplce. La resstenza d uscta è: r rc β (7.45) che s calcla, cme nel cascde, tenend cnt della presenza della retrazne. Bsgna cmunque dre che anche quest specch presenta de dfett, nfatt essend un crcut retraznat nn ha una rspsta n frequenza tpca d sstem cn un pl reale semplce (fg. 7.3 (a)), ma presenta una svraelngazne dvuta al fatt che l crcut n questne ha due pl mlt vcn all asse mmagnar (fg. 7.3 (b)). (a) lg ( ω ) lg( ω ) (b) g. 7.3 Rspsta n frequenza d sstem ad un pl reale (a) e a due pl vcn all asse mmagnar (b) L specch d Wlsn ha sppantat l specch cascde n quant da un cnfrnt s nta che ha le stesse r ed r, ma utlzza un transstre n men, ed ha un errre d trasferment ntevlmente mnre. - 9
Specch d crrente l cascde nn s utlzza n tecnlga bplare. Se nvece s hann esgenze d lavr a basse tensn d almentazne, cme gà vst, s utlzza megl l specch cascdat, n quant l specch d Wlsn nel nd ha bsgn almen d mn B3 + B,. 4 (7.46) 7..6 Specch d Wdlar L specch d Wdlar è rappresentat nella fg. 7.4. Q Q R g. 7.4 Specch d Wdlar Pnend s ha: B R B T C ln R α S C ln α S (7.47) e rcrdand le (7.3), (7.4), (7.7) e che, la (7.47) dventa: C T ln (7.48) R S nta subt che nn sddsfa al requst prncpale dell specch d crrente, è cè. L utltà d quest specch va rcercata ne cas n cu s vgln generare pccle crrent a partre da elevate tensn d almentazne. tal fne s ntrduce l esemp d fg. 7.5 n cu vlend una crrente d 0 µ cn un specch semplce cn fattre e cn una tensne d almentazne d 5, bsgna dmensnare la resstenza R n md tale che su d essa cada la tensne: R CC B 5 0.7 4. 3 da cu: 4.3 R. 4MΩ 0µ vvamente una resstenza cs alta è mpensable n un crcut ntegrat pché causerebbe un cst elevat n quant rchede un area ntevlmente superre a quella mnma d emetttre. Se nvece s utlzza l specch d Wdlar d fg. 7.6 s pssn ttenere valr pù accettabl per la resstenza R. - 0
Specch d crrente R 0µ CC 5 0µ R CC 5 Q Q 0µ Q Q R g. 7.5 semp d plarzzazne dell specch semplce g. 7.6 semp d plarzzazne dell specch d Wdlar Nella (7.48) è gà nta 0µ, mentre R R è da fssare n md tale che la tensne a su cap sa nel range (0-00m) per nn causare una grssa dfferenza tra le. Sceglend B R 50m e cnsderand s ttene R 5kΩ, qund dalla (7.48) s rcava: R 4.3 T e 74 R 90KΩ 74µ µ che rsulta pù accettable anche se ancra alta. Se nvece che è mlt pù bassa. n cnclusne l abbassament del valre d R 00m s ttene R 0kΩ, 546µ ed R 6kΩ R 0kΩ l s paga n termn d maggre dsspazne d ptenza a causa dell aument della crrente d ngress. llra l specch d Wdlar permette d avere un bun cmprmess tra ccupazne d area della resstenza e dsspazne d ptenza su d essa. 7..7 Tlleranze relatve d prcess Per trattare tale prblema s cnsder l seguente crcut che presenta un recuper deale della crrente d base tramte buffer d tensne, cscché la varazne d crrente è dvuta sltant alle tlleranze d prcess: Q Q B g. 7.7 Specch semplce cn recuper deale della crrente d base L errre d cu s deve tenere cnt è quell dvut alle tlleranze d prcess, cè al fatt d assumere ugual due transstr che peran la funzne d specch, pur sapend che per quant c s sfrz nn esste un prcess csì accurat da garantre l denttà de due transstr. S cnsder la crrente d cllettre del transstre: C S vb T α J e (7.49) -
Specch d crrente la sua varazne ( C C ) è legata alla varazne de parametr C α,, J per cu: S C α J + + α J C S S (7.50) alr tpc sn: α α 0 0 che dann lug a: S J S 3 0 J (7.5) C C 6 0 6% Qund per quant accurat s pssa fare l recuper della crrente d base s avrà sempre una dfferenza tra ed, nell specch semplce, almen del 6%. n realtà per quant rguarda l BJT, s può mglrare questa tlleranza relatva ntrducend una resstenza d degenerazne d emetttre R nel md seguente: Q Q R R B g. 7.8 Specch semplce cn degenerazne d emetttre L nserment della R mdfca l espressne della nel md seguente: C C α R J S + + + (7.5) C α R g mr J S Cme s vede, nella (7.5) cmpare l termne che mess a mltplcare fa dmnure l termne tra parentes dal g m R su 5% all %, d cntr c è l termne R R che fa aumentare dell %; cmunque nel cmpless s è C C guadagnat perché s è passat dal 6% al 3%. S ptrebbe pensare d fare mlt grande la R n md tale da rdurre ulterrmente l cntrbut dat dal termne fra parentes, ma cò nn è pssble perché all aumentare della R cresce l termne R R. Se nvece le due R sn pccle pssn essere fatte mlt vcne nella fetta d slc, assumend csì una buna tlleranza relatva d prcess. Qund s va vers un cmprmess, vver s cerca d fare una R tant elevata fntant che R R s mantene g 4 5. Cn g 5 è: stt l %. valr tpc che ne segun sn: [ ] m R C m R C R T 5 ssend R C R s ha R 5 T 5m che è l valre ttmale della caduta d tensne su entrambe le R ; su valr tpc sn R [ 00 00m ]. Da ntare nltre che nel cas n cu s vgla realzzare un specch cn fattre N bsgna mettere sull emetttre d Q una R N n quant questa vlta N. R -
Specch d crrente 7..8 semp d applcazne dell specch cme element d plarzzazne. Gl us dell specch sn mlteplc, fra cu: amplfcatre d crrente; carc attv; element d plarzzazne. Un esemp d utlzz cme element d plarzzazne è mstrat nella fg. seguente: CC R 0µΑ Z L Q 3 Q Q R R 0µΑ R 5 R 6 Q 5 Q 6 30µΑ Q 4 R 4 30µΑ Z L R 7 Q 7 0.9 30µΑ Q 8 R 8 g. 7.9 semp d utlzz dell specch d crrente R 0µ è un rferment d crrente, per l mment suppst deale, da cu s draman tutte le altre crrent del crcut. S può ntare n fg. 7.9 cme da quest rferment attravers degl specch d crrente, s pssn generare delle tensn d plarzzazne; Q 3 pera un recuper della crrente d base, che n quest cas è d grande mprtanza n quant Q speccha cn pù d un transstre e cn fattr N>; Q è realzzat cn e qund cn R R n md da prtare 0 µ sul carc Z ; L Q 4, Q 5 e Q 6 prtan 30 µ sul carc Z per cu: L R 3 5 6 R 5 R 6 4 3 4 R se vene rchesta una tensne d 0.9 nel punt allra s fann scrrere 30 µ sul carc attv Q 8 e passv R 8 6kΩ tramte l transstre Q 7 che s speccha cn Q 5 : 7 5 R 7 R5 Da ntare nfne che è stat utlzzat un carc attv (Q 8 cnness a dd) n md da nn avere una R trpp 8 elevata asscurand d gà 0.. C8 B8 7-3
Specch d crrente 7. Specch d crrente a transstre MS 7.. Specch semplce nalgamente al cas cn BJT, l specch semplce n tecnlga CMS è quell n fg. 7.0. M M B g. 7.0 Specch semplce a transstr MS D S è gà vst n precedenza che per transstr MS n saturazne vale: W k ( GS T ) ( + λds ) (7.5) L che, trascurand la mdulazne della lunghezza d canale, dventa: D W k ( ) GS T (7.53) L lend realzzare un specch d crrente d fattre N, cè: ( W L) N ( W L) (7.54) ntand che per cme è caratterzzat l crcut s ha: (7.55) GS GS e suppnend che s abban parametr e T k ugual, dalla (7.53), facend l rapprt tra D e D s ha: W W N (7.56) L L N (7.57) cè dpende dal rapprt de fattr d frma par ad N. Questa vlta, a dfferenza del cas bplare, dal mment che nn s ha alcuna perdta d crrente attravers gate, nn s ha errre nel trasferment d crrente. S cnsder adess l cmprtament dell specch per pccl segnale (fg. 7.), s è nteressat alla crrente d crtcrcut n rspsta ad una crrente d pccl segnale n ngress. M, n analga al cas bplare, è cnness a dd e cme tale è pssble sstturl cn una resstenza ncrementale equvalente per l cu calcl è pprtun cnsderare l mdell d fg. 7., da cu rsulta: r rd (7.58) g g m m - 4
Specch d crrente Z L G D M M g m gs R d r S g. 7. Mdell per l segnale g. 7. Mdell per l calcl della resstenza equvalente della cnnessne a dd qund pssble semplfcare l crcut nel md seguente: M r g. 7.3 Mdell semplfcat per l segnale da cu: g v (7.59) m gs ma è anche: v g (7.60) gs m allra dalla (7.59) e (7.60) s ha: g g m (7.6) m Dalla defnzne d transcnduttanza rsulta nltre: g m ( W L) D ( W L) D m (7.6) g k k e pché D N e vale la (7.54), s ttene: D N (7.63) cme bsgnava aspettars dal mment che la stessa relazne s era ttenuta per amp segnale. Dalla fg. 7. s nta nltre che le resstenze d ngress e d uscta sn rspettvamente: r g m (7.64) r (7.65) r d - 5
Specch d crrente Cme s era trvat nel cas bplare, anche qu s ha bassa resstenza d ngress, alta resstenza d uscta ed un guadagn d crrente defnt dal rapprt fra fattr d frma. 7.. ffett della mdulazne della lunghezza d canale e specch cascdat dfferenza de BJT, l effett dat dalla mdulazne della lunghezza d canale, qund l termne che da la dpendenza da nella (7.5), nn è trascurable; nfatt facend l rapprt tra la crrente d uscta e quella d ngress, DS cnsderand transstr ugual ne parametr e un specch cn fattre N, dalla (7.5) s ha: + λ N + λ DS DS (7.66) l ceffcente d mdulazne della lunghezza d canale λ è nversamente prprznale alla lunghezza d canale L; ne segue che l fattre tra parentes nella (7.66), per prcess d µm nferr, dà un errre del 30 50%, tutt altr che trascurable. Un prm md per elmnare tale errre, suppnend cn buna apprssmazne che l λ sa uguale per entramb transstr, è quell d aumentare L, rendend csì pù pccl l ceffcente λ, purché s lasc nvarata e GS qund l fattre d frma W L. Qund ad un aument d L deve crrspndere un prprznale aument d W. d esemp se s utlzza un prcess CMS d µm e s vule fare un specch cn fattre, s può sceglere: W 0 L W L 0 lend aumentare L del dpp s ttene: W L 0 W L 40 S nta che l fattre d specch è rmast nvarat, ma s è dvut quadruplcare le aree. Quest però va n cntraddzne cn l avanzament tecnlgc che tende a rdurre le dmensn de prcess, rma al d stt d µm, sa all scp d rdurre cst, sa per ttenere mglr prestazn. nfatt cn un aument delle dmensn del transstr aumenta la sua capactà, peggrand d cnseguenza l cmprtament alle alte frequenze. llra l md mglre per rslvere l prblema è quell d rendere DS, ed nltre utlzzare le mnme DS dmensn fferte dalla tecnlga. Ma, cme s può ntare dalla fg.7.0, nell specch semplce dpende dal carc, DS mentre DS GS qund nn sarà, n genere, GS DS. DS Per rendere ndpendente dal carc s cnsdera un specch cascdat: DS G3 M 3 M M B g. 7.4 Specch cascdat - 6
Specch d crrente Sn due vantagg che s pssn ttenere cn quest specch:. S mglra l accuratezza del trasferment d crrente rendend DS ; a tal fne DS deve essere scelta G3 pprtunamente: + (7.67) G3pt GS 3 GS, dve n realtà e GS 3 sn da cnsderare valr cntnu n quant tal crcut vengn prevalentemente utlzzat GS, per la plarzzazne.. S mglra la resstenza d uscta rspett quella dell specch semplce, che rsulta: r g r (7.68) m d ntevlmente maggre. Rspett all specch semplce ha bsgn però d una tensne d almentazne mnma maggre: + (7.69) G3mn GS 3 DSsat S nt che cmunque a quest lvell d tensne s perde n accuratezza, nn essend pù sddsfatta la (7.67). 7..3 Specch cascde e su mglrament Per ttenere un accurat trasferment d crrente n lug del cascdat, che ha l ne d aver bsgn d un ulterre nd d plarzzazne, s utlzza l specch cascde: M 3 M 4 M M B g. 7.5 Specch cascde lend realzzare un specch cn fattre N, s mpne: ( L) ( W L) ( L) 3 ( W L) 4 W (7.70) W (7.7) Dalla (7.7) e dalla cndzne d specch, segue: (7.7) GS 3 GS 4 e qund, dall equazne alla magla: DS DS GS, - 7
Specch d crrente Le resstenze d ngress e d uscta sn rspettvamente: r g m + g m3 (7.73) r g r r (7.74) m4 d 4 d dve r è quella tpca d un cascde n quant, a dfferenza del cas bplare, nn c è alcun rtrn d crrente, e qund lp d retrazne, attravers l gate. Rspett al cascdat ha smle r e rslve megl l prblema dell accuratezza; ha però una maggre r, ed nltre ha bsgn d una tensne d almentazne mnma pù alta, par a. GS Per rslvere quest ultm svantagg s rcrre al crcut d fg. 7.6 (cascde mglrat). G M 3 M 4 M M B g. 7.6 Specch cascde mglrat S nta che, a dfferenza del cascde, la mnma tensne d almentazne è par alla smma d una ed una GS ; DS rsulta qund lmtat n dnamca cme l cascdat. nltre, analgamente a quant fatt per l cascde, s ttene DS, rslvend all stess md l prblema dell accuratezza del trasferment d crrente. DS l cascde mglrat (fg. 7.6) ha però l stess ncnvenente del cascdat n quant necessta d un punt d almentazne n pù. ss presenta una resstenza d uscta analga a quella del cascde e resstenza d ngress par a: r (7.78) g m 7..4 Specch d Wlsn e su mglrament Drettamente dal su schema n tecnlga bplare s rcava: M 3 M M B g. 7.7 Specch d Wlsn Mentre cn BJT servva a mglrare l trasferment d crrente, n quest cas cò nn avvene n quant, anz s trva che: DS DS + (7.79) DS DS GS 3-8
Specch d crrente pssble cncludere che n CMS l specch cascde vene d gran lunga prefert rspett all specch d Wlsn n quant hann stesse resstenze d ngress e d uscta ( r g e m r g m3rd 3r ) e stess lmt d tensne d d almentazne, ma quell d Wlsn nn è accurat. sste cmunque un mglrament d quest ultm utlzzand quattr transstr cme n fg. 7.8. M 3 M 4 M M B g. 7.8 Specch d Wlsn mglrat S ttene DS a patt che san verfcate le (7.70), (7.7) e qund la (7.7). Tenend cnt che DS r g ed m r g mr s vede che ha le stesse qualtà del cascde che cmunque rsulta preferble n quant nn essend d retraznat, cme l mglrament d Wlsn, d nrma nn presenta pcch d svraelngazne nella sua rspsta n frequenza. 7..4 Tlleranze relatve d prcess Cme gà vst nel paragraf 7..7 a causa delle mprecsn d prcess transstr M ed M nn sn perfettamente ugual e cò causa tlleranze relatve ne parametr de transstr. Dfferenzand la (7.53) s ha: W W W D k ( GS T ) + k ( GS T ) ± k ( GS T ) T (7.80) L L L dve l segn del terz termne dpende dal segn della varazne d T. Dvdend amb membr della (7.80) per la (7.35) s ttene: D ( W L) T ± ( W L) GS T D k + k (7.8) valr tpc sn: k k 0 ( W L) ( W L) 0 T 5m GS T 00m e qund: T 5 0 5% GS T Quest valr dann lug a: D D 8% che rsulta essere una stma ttmstca n quant s arrva anche a valr del 0 %, ntevlmente superr rspett a quell che s ttengn cn BJT. - 9
Specch d crrente 7..5 Cnfrnt tra specch BJT e CMS Da un cnfrnt d specch nelle due tecnlge rsulta che cn la bplare è pssble realzzare: resstenze d ngress pù basse, d uscta pù alte, graze al pù elevat valre della transcnduttanza, e tlleranze relatve mglr; d cntr cn CMS nn s presenta l prblema delle crrent d base. L deale sarebbe qund realzzare un specch che sfrutt preg d entrambe; a tal fne s utlzza la tecnlga BCms nel seguente schema: M 3 Q R Q B g. 7.9 Specch d crrente n tecnlga BCMS dve la resstenza R serve a reglare la crrente ergata dal MS che nn deve essere necessaramente par alla smma delle crrent d base d Q e d Q. Quest crcut ltre a rchedere una tecnlga pù cstsa quale la BCms, rchede tensn d almentazn pù elevate ( + ). B GS - 0