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1
IE325 Eletrônica Básica IProf. Fabiano Fruett
Principais funções dos espelhos de corrente em um circuito integrado
• Polarização
• Fontes e sorvedouros de corrente
• Carga ativa
• Processamento e condicionamento de sinais
• Multiplicadores/divisores
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3
Comparação em relação a área ocupada para implementar um transistor e um
resistor integrado
Características desejáveis presentes nos espelhos de corrente
• Facilidade de integração
• Ocupam pouca área (principalmente quando comparados aos resistores)
• Estruturas que dependem de “casamento”
• Elevada impedância de saída
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Espelho “Conversor” de corrente
Conversões internas:
5
I V V I→ = →
Fonte: Carlos Alberto dos Reis Filho, Tópicos em Circuitos Integrados Analógicos
6
Fonte de corrente com Espelho Básico MOS
( )2´REF 1
1
1
2D n GS t
WI I k V V
L = = −
( )2´2
2
1
2O D n GS t
WI I k V V
L = = −
DD GSREF
V VI
R
−=( )( )
2
1
O
REF
W LI
I W L=
Fonte: Sedra & Smith, Microelectronica, 5ª Edição, Fig. 6.4
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7
Deve-se garantir que os transistores operem na saturação
( )21
2D n ox GS t
Wi C v V
Lµ= −
Fonte: Sedra & Smith, Microelectronica, 5ª Edição
A fonte de corrente ideal
Q 8
( )si tSR
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Impedância de saída
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( )2´1(1 )
2D n GS t DS
Wi k v V v
L= − + λ
const.
'
0
GS
DS A
D Dv
v V Lr
i I=
∂= =∂
Fonte: Sedra & Smith, Microelectronica, 5ª Edição
Razão de espelho considerando modulação do comprimento do canal
10
( )( )
2
2'
21
1A
O O GS
REF
W LI V V
I W L V L
−= +
Fonte: Sedra & Smith, Microelectronica, 5ª Edição, Fig. 6.5 e 6.6
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Guias de corrente em tecnologia CMOS
Fonte: Sedra & Smith, Microelectronica, 5ª Edição, Fig. 6.7
Espelho de corrente com TBJ
12Fonte: Sedra & Smith, Microelectronica, 5ª Edição, Fig. 6.8
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Não idealidades
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● Corrente de base● Resistência de saída finita
00
2
11
1
BEREF
A
V VmI I
m Vβ
− = + + +
Fonte: Sedra & Smith, Microelectronica, 5ª Edição, Fig. 6.9
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Estrutura Cross-Quad para melhoria do casamento
1C 2C
1B 2B
E
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Espelhos básicos
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bipolar MOS
Fonte: Carlos Alberto dos Reis Filho, Tópicos em Circuitos Integrados Analógicos
e X X sI V V I→ = →
Exemplo de utilização do espelho em
amplificadores operacionais: Polarização
16Fonte: Ravazi, B., Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGrawHill, 2001
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Espelho de corrente cascode
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0 3 3 2out m o oR r g r r= =
Possibilita o aumento da impedância de saída e diminuição dos efeitos de descasamento ao custo de uma diminuição da excursão da tensão de saída
Fonte: Sedra & Smith, Microelectronica, 5ª Edição, Fig. 6.58
Espelho de corrente de Wilson e variações
18Fonte: Sedra & Smith, Microelectronica, 5ª Edição, Fig. 6.61
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Espelho de corrente com degeneração de emissor ou fonte
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2 2o m oR g r R=
Ro
Fonte: Sedra & Smith, Microelectronica, 5ª Edição, Fig. 6.62
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Espelho de corrente bipolar sensível aoestresse mecânico
IREF IOUT
+Vee
P+ (DP)
E
E
E
B Sub
C3
C1
C1
C4
C2
C2
P+N+ N+P+ P+N-epi
P-Substrate
Active base region
Buried layer (N+)
Layout
Fonte: F.Fruett, Sensors and Actuators
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11
21
0.85
0.9
0.95
1
1.05
1.1
1.15
1.2
1.25
-200 -100 0 100 200
Stress [MPa]
Mir
ror
rati
o m
Theoret.
Experim.
Curve fit
80µm
IREF = 2.5 µAVBE = 0.6 V
Espelho de corrente bipolar sensível aoestresse mecânico (resultados)
Fonte: F.Fruett, Sensors and Actuators
FIM
Q 22