关于 Symmetric 电流镜结构 BandGap 的一些理解


最近看到看到谈及所谓的 symmetric current-voltage mirror  结构的 bandgap 的一篇论文,刚好以前有看到一些类似的方法,这里试着谈谈自己的一些理解。

下图中是基本的电流镜结构的 bandgap ,中间的 pmos 电流镜使流过两个 pnp 的电流相等,下面的一对 nmos 将左侧的 pnp 的 Vbe 与右侧的 Vres + Vbe 设为相同电压,故此有论文将此结构叫做 current-voltage mirror。

基本的电流镜结构的bandgap

这一简单的 bandgap 的主要问题是不对称的 Vds 导致电流的失配和电压的失配,通常的改善方法是利用 cascode 来减小 Vds 的差异,这里也可以用另一方法来加以改善,同样也是钳制 Vds 电压的思路。

钳制Vds电压的电流镜结构的bandgap

在上图中,在原来的电流镜左侧加了一个支路,通过下面的 replica bias 方法使电路的电流相等,上面的 pmos 的 Vgs 就将电流镜左边 pmos 的 Vds 钳位到 Vgs ,从而使其 Vds 与电流镜右侧 pmos 相同,改善了此 bandgap 的性能。(注意这里两个 PNP 管和电阻的位置与之前的结构的差别,主要是现在正反馈的环路不在 current-voltage mirror 内部,而在这个新增的电流支路)

考虑上面新增支路的耗电,我们可以考虑将其电流复用,使其合并到原来电流镜中,同时为保证电流相等,在电流镜右侧也加上相同的电流支路,这样可以得到下面的电路

 symmetric current-voltage mirror 的结构的bandgap

这就是一种 symmetric current-voltage mirror 的结构,实际上我们也可以将中间的 current-voltage mirror 看成一个放大器,其输出 Vc 控制外面两个 pmos 电流源,左侧 nmos 的源极为放大器的正输入端,右侧 nmos 的源极为放大器的负输入端。

通过这样的理解,也可以得到这种结构的一个变形,即是将中间 nmos 对的 gate 也作为等效的放大器的输入端,如下图所示。

另一种 symmetric current-voltage mirror 的bandgap

上面就是对于 symmetric current-voltage mirror  结构的一些理解,由于它本身不会消耗额外的电流和电压的 headroom,实际上也可以将其与 cascode 等结构结合起来,进一步来改善 bandgap 的性能。


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关于 Symmetric 电流镜结构 BandGap 的一些理解》上有3条评论

  1. 啊伟

    想知道,第三个图中的靠外边的两个管子是不是任意一个接成二级管形式都可以?现在是左边的接成二极管了,如果是右边那个接成二级管行不行呢?

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