Dimensionamiento de MOSFET en ejercicio de diseño de espejo de corriente de oscilación ancha

TL: DR ¿Cómo sé cómo dimensionar los transistores?

Este es el mismo problema que este .

Ahora que sé que puedo cambiar L, sé que mi relación W/L para hacer Von = 200 mV es aproximadamente 6,75. También sabiendo que se supone que M5 está operando en triodo, este es mi proceso de pensamiento:

von > 200 mV; esto se establece por W/L = 6.75 (matemáticas realizadas en otro lugar).

Vds (para dispositivos que funcionan en saturación) > 2Von (= 400 mV)

Vd5 = 400 mV

Lo que significa que Vd5 = 800 mV

Lo que significa que Vg5 = 800 mV

Por lo tanto Vth <= (menor o igual a) 600 mV.

Suponiendo que Vth son relativamente similares:

Vgs6 = Vg6 - Vs6 = Von + Vth

Vg6 = Von + Vth + Vs6

Vg6 = 200 mV + 600 mV + 400 mV = 1,2v = Vg8 = Vd8 = Vg7.

El máximo que puede tener Vs8 es 800 mV para que M8 cumpla con la especificación Vds. Sin embargo, como Vgs7 = 1,2 V y Vth = 0,6 V, entonces:

Vds7 < Vgs7 - Vth = 600 mV.

Y ahí es donde se detiene mi línea de pensamiento. Las únicas ecuaciones pertinentes para los MOSFET que se me ocurren involucran W/L, no una u otra, por lo que no sé cómo configurar los tamaños de estos transistores. Me dijeron que M5, M6 y M8 deberían ser todos del mismo tamaño, y Gray et. Alabama. El libro Análisis y diseño de circuitos integrados analógicos dice que W / L7 debe ser 1/3 de los otros W / L, pero no sé si eso está destinado a espejos de corriente de ganancia unitaria o todos los espejos de corriente en esta configuración.

Si no quiero mantener esa proporción que calculé antes... entonces estoy realmente perdido y no sé por dónde empezar.

Estoy tratando de descubrir cómo averiguar tanto como sea posible a partir de cálculos manuales antes de pasar a la simulación. Tengo muchas perillas diferentes para girar: W7, L7, M7, W8 = W5 = W6, L8 = L5 = L6, M8 = M5 = M6 (factor multiplicador, no transistores). El número más pequeño de perillas que puedo girar (si M8, M5 y M6 son idénticos y mantengo la relación inicial calculada Y si se supone que la relación de M7 es 1/3 de las otras) es 4; ese número rápidamente se sale de control si empiezo a cambiarlos entre sí.

¿Cuál es el siguiente paso? ¿Cómo dimensiono estos transistores?

Editar: caminar a través de simulaciones. Se actualizará periódicamente

2018 febrero 18

L1,3,5,6 = 0,35 µm

L2&4 = 0,7 µm

W1&3 = 2,3625 micras

W2&4 = 4,725 micras

W5 = 0,35 micras

W6 = 0,76 micras

M1-2 = 4

M3-6 = 1

Esquema final

V2 = 795,3 mV establece la corriente de salida igual a 100 µA, y los voltajes de polarización son los siguientes:

-------------------------M1 ---- M2 ----- M3 ---- M4 ---- M5 --- M6

Vgs (mV) ---------- 798,3 --- 782,7 --- 798 --- 783 --- 1182 -- 917

Vth (mV) ----------- 571 ----- 558 ---- 571 --- 558 --- 385 --- 480

Von(mV) ----------- 227,3 --- 227,8 --- 227 --- 225 --- 797 --- 488,5

Vds (mV) ----------- 399,3 --- 396 ----- 399 --- 399 --- 266 --- 917

Vds % Diferencia - -0.17% - -1.01% - -0.25% - -0.25% -- N/A -- N/A

Ro = 2 M-Ohm (No se puede mostrar la letra griega).

Aún así, no importa lo que haga, Vd4 es constante a menos de 800 mV. ¿Qué establece este nivel? ¿Es M5?

¿Podría filtrar todas sus especulaciones y ceñirse a las matemáticas? Tu muro de texto es imposible de seguir. Finalice las preguntas con un '?'.
¿Estos diseños permiten FETS con varios umbrales (Vts) causados ​​por un canal muy corto o un canal más largo?
@analogsystemsrf eh... ¿sí? No tengo ni idea. Por cierto, en ese esquema, tengo todos los bultos vinculados a vss; Desde entonces, los conecté a todos a sus respectivas fuentes.
No está muy claro en su objetivo aquí (o me lo estoy perdiendo en su descripción). ¿Cuál es tu objetivo general que quieres lograr? ¿Es para obtener vd4 a un voltaje diferente a 800mv? Estoy dudando de eso. Dado que i2 anterior está arreglado, esperaría que cambiar m3 w y o l tuviera algún efecto en el vd4.

Respuestas (1)

El tamaño depende de lo que quieras lograr. Puede apuntar a la resistencia de salida específica, a la oscilación de voltaje específica, etc. Una vez que lo tenga, encienda Monte Carlo para ver si la coincidencia actual es aceptable.

En su ejemplo aquí, hace que L sea más larga para M3 mientras mantiene la longitud mínima de M4. Además, M4 será bastante ancho, ya que está polarizado por más o menos voltaje conectado al diodo, pero aún debe mantener el drenaje de M3 en un nivel de voltaje útil.

Ni siquiera estoy en el punto en el que puedo decidir lo que quiero lograr porque no puedo sesgar todos los transistores en el lugar correcto. Von es demasiado bajo para uno o más transistores o Vds es demasiado bajo para uno o más transistores. No importa lo que haya intentado, no he podido sesgar correctamente los tres transistores que debían estar saturados.
@John Doe Para que quede claro: estamos hablando de este esquema y los tres transistores en cuestión son M5, M6, M7. Preferirá no obtener una saturación clara para estos transistores debido a la arquitectura, es decir, la forma en que están conectados. M8, M6 y M4 deben ser muy anchos y cortos. M3 y M5 pueden ser más largos, pero serán bastante anchos.
Ese es el esquema en cuestión, y esos son los transistores en cuestión. Cuando dices esposa y corto, o ancho y largo, nunca lo había hecho antes, así que no tengo idea de lo que eso significa. Todo lo que tengo que es lo menos definido es una relación W/L. Más allá de eso, estoy perplejo.
@John Doe Lo mejor sería ejecutar el simulador y trabajar en él paso a paso. Entiendo que estás simulando este circuito. Si es así, comparta los resultados en su pregunta. Lo trabajaremos punto por punto.
He agregado los resultados de la simulación de mi intento más reciente.
@John Doe No estoy seguro de si su objetivo se puede cumplir, pero si desea lograr un mayor potencial en el drenaje M5, debe hacer que M6 sea más ancho y luego, si no se cumple, más corto.
Intentaré eso. Si hago eso y busco Iout = 4*Iin, y M5 y M6 tienen tamaños diferentes, ¿W3 debe ser 4*W5 y W4 debe ser 4*W6?
@John Doe Sí, es correcto. ¿ Podría publicar la situación actual en la imagen como se hace aquí ?
@John Doe Lo siento por la respuesta tardía, pero no me notificaron sobre su actualización. ¿Tu objetivo es Iout = 4 x Iin y Rout = lo más alto posible? Si Iout debe ser exactamente igual a 4 x Iin, entonces no sorprende que Vd2 deba ser igual a Vg1. Sus transistores son muy estrechos. Si apunta a una ruta más alta, primero debe hacer que M4 sea más ancho (W_M2 = 4 X W_M4). Eso permitirá tener un Vd1 más alto y, en consecuencia, debería resultar en un Rout más alto.
Su objetivo es Iout exacto = 4 x Iin. Incluso si lo tiene ahora mismo en su simulación, en un proceso real obtendrá resultados mucho peores debido a anchos tan bajos. El emparejamiento será malo. Si tiene acceso a Monte Carlo, intente ejecutar algunas simulaciones.
Nunca he hecho simulaciones de Monte Carlo; Intenté configurar uno, pero en realidad no pasó nada. Google es menos que útil cuando se trata de todo lo relacionado con OrCAD.
@John Doe Claro. Eso está bien ahora para aprender. Lo estás haciendo bien. Es importante empezar a "sentir" los esquemas. ¿Cuál es el objetivo ahora? ¿Qué te gustaría lograr? ¿Has probado transistores superiores más anchos para tener Rout más alto?
Estoy configurando eso ahora. Ya que solo eres tú ayudándome, ¿hay una forma más rápida de comunicarme? A veces, Stack Exchange no me permite etiquetarte en mis comentarios. ¿Quizás por correo electrónico? Como ahora mismo. Trato de tomarte diciendo "@" + "Tako", pero cuando lo hago, solo borra esa parte del comentario @Tako.
@John Doe E-mail es una buena idea. Sin embargo, no sé cómo deberíamos intercambiar direcciones de correo electrónico sin hacerlas públicas aquí. Quería escribirte un mensaje privado, pero no encuentro nada parecido en el perfil de stackexchange. ¿Ha hecho esa pregunta en algo más como edaboard.com/forum.php, designer-guide.org/Forum/YaBB.pl o allaboutcircuits.com? Recién noté tu pregunta en este foro.
@John Doe Cuando escribes un comentario, se me notifica. Cuando actualiza el tema (su pregunta), no lo soy.
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