※ 引述《Baneling (爆炸一哥)》之銘言：
: 標題: Re: [問題] constant gm bias 設計問題
: 時間: Wed Oct 3 00:15:08 2018
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: ※ 引述《tomlin1106 (奇德)》之銘言：
: : 最近在研究constant gm bias電路遇到一些問題
: : gm=u Cox（W/L）（Vgs-Vt）
: : 是說gm如果要constant
: : 從上面式子分析Vgs也要constant
: : 以一般最簡單的兩個pmos和兩個nmos的bias看
: : 如果要解決gm 不隨Vdd變動的話
: : 是不是就是要消除電路上的channel length modulation？
: : 進而得到constant vgs？
: : 然後得到constant gm和constant Iref？
: : 如果這個理論成立
: : 想問一下一般設計constant gm所加的電阻是為了更加減少channel length modulation的
: : 影響嗎？
: : 還是為了讓bias更加穩定而已？
: : 最後為什麼要讓gm constant？
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: 這個電路的關鍵是MOS的比例是1:4，其實也沒有什麼原因
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: 跟High swing cascode current mirror一樣，在電流相同的情況下要讓底下的元件
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: 其跨壓為Vov，電流相同尺寸差4倍，理想上Vov就差2倍，電阻上的跨壓就會被鎖在Vov/2
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: 因此Vov/2=ID*R，那gm=2ID/Vov=1/R，就這樣而已...
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: (不過說真的... 我也不知道為何這麼多教科書書要把這東西搞這麼複雜....)
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: 在電路符合平方率的情況底下(偏壓在strong inversion)，可以讓gm只與R有關係
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: 至於I要怎麼設計則是跟你的W/L有關係... 只要不讓MOS離開strong inversion
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: MOS的gm就會只跟R有關。當然實際設計的時候R會有製程漂移的問題
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: 為何要讓gm constant... 如果是類比電路，最大的好處就是固定放大器的頻寬(gm/C)
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我覺得有些經驗分享一下好了，有錯誤的地方也請各位朋友指點一下


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: ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 1.173.168.183
: ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Electronics/M.1538496910.A.5BA.html
: ※ 編輯: Baneling (1.173.168.183), 10/03/2018 00:17:18
: → MuPei5566: 如果考慮到PVT,勢必Bias voltage會飄移,假設要設計的電 10/03 08:08
: → MuPei5566: 路需要穩定的偏壓,是否有除了做BandGap以外的方式,協助 10/03 08:08
: → MuPei5566: Bias提供穩定電壓源? 10/03 08:09
我是覺得你可以先去看看Martin寫的AIC，我記得第二版有把Bias/reference拿出來講一講
一般的bias circuir其實是提供篇壓電流給放大器或者差動對，constant-gm的好處就是
能讓從bias circuit mirror出去的電流經過放大器，其gm會只與bias circuit的R有關係
固定gm有甚麼好處? gain是不敢說... 因為跟ro這種東西有關...
但起碼你的BW跟noise的量級會被定在一個範圍內

這裡有個迷思就是MOS的gate不是用固定電壓去bias決定它的特性的...
因此Bias Circuit的功用並非產生穩定電壓，它依然會受溫度影響
但可以確保的是放大器的gm變異會小很多，依然會有變化的原因是即使是constant-gm
裡面的電阻也是有溫度係數的....

如果要產生一個不受溫度影響的電壓(Reference)基本上還是要靠BGR這類的電路
但它的目的就不是產生一個電壓去偏壓MOS... 而是產生一個參考電壓(Vref)給系統用
例如LDO、ADC/DAC之類的電路，更廣泛的用途則是將Vref經過一個V/I轉換產生一個
好的電流源，通常current sterring DAC會需要這種電路，甚至PLL中Ring-based VCO
也會有這種應用...

當然這邊也有個迷思就是Vref有沒有可能設計在特定精確的電壓? (例如3/4VDD?)
個人覺得這也是很多初學會有的問題，簡單來說Vcm不一定要是VDD/2
但它要是一個穩定的值，同時Vref+到Vcm與Vref-到Vcm的壓差一樣就可以用了...
除非只單量測IP，不然應用在系統之中，電路設計考量的點還是比較廣...

簡單來說要把Bias跟Reference當作兩件事情分開看，用途不同不要混在一起

另外補充一下如果是真實在實作，電阻阻值一定會跑掉的... 通常不是用fuse或者
ROM+開關去把電阻值修正回來，就是設計一個電路能夠容忍阻值飄移都還能動...
前者成本就是額外電路，後者成本是電路需要over design(通常很over)。
或者... 請PE幫忙讓阻值不要飄那麼多，但基本上還是很難把電阻漂移量壓到很低


: 推 susuper: 大於4倍是有原因的,您可以推導consant gm的迴路分析，, A 10/03 12:33
: → susuper: C的loop跟PSR TRAN還有 transient responds都要考量唷 10/03 12:33
這樣講就把DC跟AC混在一起了，基本上差4倍就是為了constant-gm，原因我在內文說過了
你在算High swing cascode current mirror的bias的時候會去算AC嗎...
當然是讓下面那顆MOS的Vds=Vov擺幅才能到最大...

不管是Bias跟BGR它們都是有回路穩定度的問題
pole/zero都需要注意也都有可以補償的方式
但AC是AC，DC是DC，不要混在一起講.....

Transient就更廣了，看你是要討論VDD start-up的速度還是你的電路受到外在干擾
有kick back的問題，這兩類問題的處理方式略有不同


: 推 jamtu: constant gm　本來就不是為了準確度　 10/03 16:34
: → jamtu: 因為gm=1/R的假設是square law成立　不成立就沒用 10/03 16:34
: → jamtu: 要真的準的東西　還是BGR比較可靠 10/03 16:35
恭喜你畢業啦~ 有看到你的口試過程，不知道有沒有機會看看你的博論
現在sensor也是我的工作內容之一，覺得你的研究對我來說很有參考價值...


: 推 cebelas: 所以重點是要去從系統上面想好你要const. 是誰 10/03 21:52
基本上這個電路的用途就是constant-gm 只是看需求是什麼...
但個人覺得很多情況下多一個BGR和V/I轉換電路，問題會少很多很多
constant-gm bias circuit受到電阻製程飄移的影響還是有點大


以上一些經驗分享，歡迎大家討論囉

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有點累 直接回了...

一個電路如果你連DC都沒處理好還有後續嘛...?

原理我說了，就跟high swing cascode current mirror一樣

MOS diode只是為了產生一個偏壓，這個偏壓可以讓對面MOS底下元件的跨壓為Vov

那你在設計cascode current mirror的時候

會把串疊的電晶體放在產生偏壓的MOS diode底下嗎...?



M=4是因為電晶體符合平方率... 為了控制電阻上的跨壓所設計的

當然比例有可能會調整，因為現在的MOS並不一定是平方率

要先符合這些條件才有所謂的constant-gm...

如果不符合這個狀況(DC)，那去把MOS的比例弄到小於4意義是什麼...?



類比電路毛很多呀... 像處理製程的問題我內文不是也說了不少

但我個人是覺得先把基本的東西搞好，再來討論更艱深的東西...

如果連基本理論都沒辦法用很簡單的方式去說明，要如何設計出不容易掛掉的電路呢..?
※ 編輯: Baneling (1.173.185.183), 10/05/2018 00:31:54