Lecture 5. Problems of Biasing, Intro. to Current Mirror

-Problem of Biasing Current Source

 

MOSFET을 current source로 이용하면 위의 식을 따르게 된다. 하지만 여기서 문제는 current가 Vgs뿐만 아니라 온도라는 외부 요인에 의해 영향을 받는다는 점이다. 

그리고 Vb를 위와 같이 voltage divider로 bias를 맞춰주어도 supply 전압이 바뀌게 되면 bias가 바뀌게 된다. 그래서 이를 해결하기 위해 사용하는 것이 current mirror이다. 

 

-Current Mirror basic concept

First, build one "golden" Current Source using a "band gap" circuit.

첫번째, 이상적인 current source를 만든다. 

Next, we "copy"(clone) this current source to build many other current sources.

그 후, 그 전류를 복사하여 다른 current source들을 만든다. 

이제 어떻게 복사가 되는지 알아보자. 

Quiz)

우선 단순하게 아래와 같은 회로가 있다고 가정해보자. 

이를 계산하게 되면 아래와 같이 식을 쓸 수 있다. 

Iref아 R1으로 흐름으로 이를 통해 Vgs 값을 구해줄 수 있다. 그래서 위와 같이 식이 나오게 되는데 여기서도 온도에 의해 영향을 받는 전류원임으로 여전히 문제가 남아있다. 

 

observation)

1)

V1에 의해 M1이 on state가 되면 diode connected device임으로 saturation 조건을 만족하여 전류가 흐르게 된다. 그 결과 아래와 같은 그래프가 나오게 된다. 

이는 우리가 알고 있듯이 2차 함수 꼴이 나오게 된다. 그럼 전류에 따라 V1의 값은 어떻게 바뀌는지 보면 위의 식을 정리하여 아래와 같이 표현할 수 있다. 

2)

그럼 이번에는 V1 대신 I1을 연결했을 때의 결과를 살펴보자. 

앞서 구한 식을 바탕으로 전류 값에 따라 위와 같은 그래프가 나옴을 알 수 있다. 

 

3)

그럼 앞서 말했듯이 current mirror는 전류를 복사한다고 했다. 그렇게 하기 위해서 ideal 한 current source를 input으로 받는다고 했는데 앞서 1과 2를 이용해서 식을 전개해보자. 

앞서 V1의 값을 전류에 따라 값이 나옴으로 이 V1이 M2의 gate에 input으로 들어가게 되어 나오게 되는 Iout의 값을 알아보자. 

여기서 알 수 있는 것은 이제 supply 와 온도라는 외부적인 요인에 영향을 안 받고 M1과 M2의 W/L 비율에 의해서 결정된다는 것이다. 이것이 바로 current mirror의 주된 특성이다. 

 

요약하면 아래와 같은 회로를 current mirror라고 한다. 

 

그리고 하나의 Iref를 이용해 여러개의 current source를 만들 수가 있다. 

 

V/R

 

 

윤.