cascode结构
时间：2022-11-10 09:00:00
cascode结构
- cascode结构
- 一层Cascode
- 三层Cascode结构
- High-Swing Cascode
- 二路电阻型High-Swing Cascode
- 二路MOS型High-Swing Cascode
cascode结构
cascode指垂直级联
cascade指水平级联
Cascode管道几乎不贡献噪声和电流失配，只考虑输出阻抗和电压裕度
介绍以提高电流镜的匹配度cascode结构
先看这样的结构：
r d s = 1 g d r_{ds}=\frac{1}{g_{d}} rds=gd1
r o = Δ V x Δ I x r_{o}=\frac{\Delta V_{x}}{\Delta I_{x}} ro=ΔIxΔVx
Δ V x \Delta V_{x} ΔVx引起S端 Δ V y \Delta V_{y} ΔVy， V G V_{G} VG是固定电压，交流接地
V G S = − Δ V y V_{GS}=-\Delta V_{y} VGS=−ΔVy
r o = Δ V x Δ I x = Δ V x Δ V y R r_{o}=\frac{\Delta V_{x}}{\Delta I_{x}}=\frac{\Delta V_{x}}{\frac{\Delta V_{y}}{R}} ro=ΔIxΔVx=RΔVyΔVx
g m ( − Δ V y ) + Δ V x − Δ V y r d s = − Δ V y R g_{m}(-\Delta V_{y})+\frac{\Delta V_{x}-\Delta V_{y}}{r_{ds}}=\frac{-\Delta V_{y}}{R} gm(−ΔVy)+rdsΔVx−ΔVy=R−ΔVy
可得： r o = Δ V x Δ V y R = R + r d s + g m r d s ⋅ R r_{o}=\frac{\Delta V_{x}}{\frac{\Delta V_{y}}{R}}=R+r_{ds}+g_{m}r_{ds}\cdot R ro=RΔVyΔVx=R+rds+gmrds⋅R
阻抗不是简单的R+rds，而是增加了一个R的gmrds倍
增益由 g m 变 为 g m 1 + g m R g_{m}变为\frac{g_{m}}{1+g_{m}R} gm变为1+gmRgm，
g m r d s ⋅ R = g m g d ⋅ R g_{m}r_{ds}\cdot R=\frac{g_{m}}{g_{d}}\cdot R gmrds⋅R=gdgm⋅R
g m g d \frac{g_{m}}{g_{d}} gdgm为MOS的本征增益，>>1。（20-50倍增加）
阻抗提高的方法就是 R ↑ ， g m g d ↑ R\uparrow，\frac{g_{m}}{g_{d}}\uparrow R↑，gdgm↑
一层Cascode
易得： r o = r o 1 + r o 2 + g m r o 2 r o 1 r_{o}=r_{o1}+r_{o2}+g_{m}r_{o2}r_{o1} ro=ro1+ro2+gmro2ro1
λ = 1 V A 0 ⋅ L = g d \lambda=\frac{1}{V_{A0}\cdot L}=g_{d} λ=VA0⋅L1=gd
如果两个MOS管串联来增加阻抗：
L × 2 → λ ÷ 2 → g d ÷ 2 → g m g d × 2 L\times2\rightarrow\lambda\div2\rightarrow g_{d}\div2 \rightarrow\frac{g_{m}}{g_{d}}\times2 L×2→λ÷2→gd÷2→gdgm×2
阻抗增加两倍
但采用cascode结构，阻抗增加的倍数很大，呈20-30倍增加，导致 λ → 0 \lambda \rightarrow0 λ→0，使得电流镜更加理想化，电流复制也更精确。
图中V2=V3，产生的电流稳定，传输的电流线性，很好
缺 陷 \color{red} {缺陷} 缺陷：V2=V3=VGS=VTN+ Δ \Delta Δ，V2被钳位
如果V2没有钳位，V2 ≥ Δ \geq \Delta ≥Δ，VD2-V2
