Cascode(级联)

Concept

Cascode concept

Reason

• Cascodies provides in very high road but it increase circuit size & reduce output voltage headroom.
• Cascodies 提供非常高的道路，但它增加了电路尺寸并降低了输出电压余量。

Cascade and Cascode

Boosted Output Impedance

BJT stage

Bipolar Cascode Stage

Current sink I/V Feature

Maximum Bipolar Cascode Output Impedance

PNP cascade stage

False Cascodes（虚假的Cascodes）

• 当Q1发射极和Q2发射极相连时，它不再是一个cascode，因为Q2变成了二极管而不是一个电流源。　

Mos stage

Mos Cascode stage

PMOS Cascode Stag

Example: Parasitic Resistance

• Rp 将降低输出阻抗，因为它与ro1的平行组合总是低于ro1本身。

Short-Circuit Transconductance(短电路跨导)

concept

• 一个电路的短电路跨导衡量的是它的输入电压转换为输出电流的强度。

Transconductance Example

Derivation of Voltage Gain

• 通过Norton euivalent来代表一个线性电路，Vout 和 Vin的关系可以用Gm 和Rout的乘积 来表示

Example: Voltage Gain

Voltage Gain

Comparison Between Bipolar Cascode and CE Stage

• 由于双极级联的输出阻抗高于CE级，我们希望电压增益也能更高。

Voltage Gain of Bipolar Cascode Amplifier

• 因为ro比1/gm大得多，大部份Q1电流Ic 流向连接变成的二极管Q2，使用以前的输出电阻公式很容易计算出来。

Alternate View of Cascode Amplifer

Practical Cascode Stage

Practical Cascode Stage

• 由于任何电流源都是不理想的，输出阻抗会降低。

Improved Cascode Stage

• 为了保持高输出阻抗，使用了级联(Cascode)PNP电流源

Mos Cascode Amplifier

• curren source unlimited impedance, so ignore.

Improved Mos Cascode Amplifier

• 与BJT类似，Mos的级联放大器也可以通过PMOS级联电流源来改善输出阻抗。

Temperature and Supply Dependence of Bias Current

• 由于Vt,Is,Un and Vth 所有变量都依赖于温度，双极管和MOS都依赖温度和电源。

Mirror(镜面)

Concept

Concept of Current Mirror

• 电流镜的背后的动机是感知来自“黄金电流源”的电流，并将这个“黄金电流”复制到其他地方。

Bipolar Current Mirror Circuitry

如果Q1=Qref，双极管连接到Qref产生一个输出电压V1，迫使Icopy1 = Iref.

Bad Current Mirror

Example1

• 如果不把Qref的集电极和基极短路，就不会有基极电流流动的路径， Icopy=0。

Example2

• 虽然存在基极电流的路径， 但是这种偏执技术并不比电阻分压器好。

Multiple Copies of Iref

Multiple Copies of Iref

• 通过简单的将电流镜像的理念应用于更多晶体管，可以在不同的位置产生多个Iref的副本。

Current Scaling

• 通过将Qj的发射极面积相对于Qref放大n倍，Icopyj也相对于Iref增大n倍，这相当于n个单位大小的晶体管并联起来。

Example: Sacled Current

Fractional Scaling

• 通过扩大Qref发射集的面积，可以在Q1上创建Iref的分量。

Example: Different Mirroring Ratio

• 利用电流比例和分数比例的概念，Icopy1是0.05mA(1/4 * 0.2mA) ,I coyp2 = 1/4 * 0.2 *10 =0.5mA. 都来一个0.2的源。

Mirror with Base Currents

Mirroring Error Due to Base Currents

Improved Mirroring Accuracy

• 由于QF的存在，Qref和Q1的基极电流主要由Qf来提供而不是Iref，镜象误差减少了beta倍。

Example: different Mirroring Ratio Accuracy

PNP Current Mirror

• PNP 电流镜被用于NPN放大器级的电流源的负载。

Generation of Iref for PNP Current Mirror

Note:

• Diode-connection always B->C of ref
• Ref device is where i/p source is located.
• E of PNP is uppermost relative to B.

Example: Current Mirror with Discrete Devices

• 让Qref和Q1 称为离散的NPN器件， Iref 和Icopy1由于与Is不匹配， 可以有很大的幅度变化。

Mos Current Mirror

• 相同电流镜概念同样适用与MOS晶体管。

Bad Mos Current Mirror Example

• 这不是一个电流镜，因为Vx和Iref之间的关系没有明确定义。
• 用Iref明确定义Vx的唯一方法是使用二极管连接的MOS，因为它提供平方率I-V关系。

Example: Current Scaling

• 与BJT的类似，Mos电流源Iref也可以向上或向下(I1=0.2 mA, I2 = 0.5mA)

Cmos Current Mirror

Exercise and Homework

Ex

HW1