1

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

2

2

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

4

3

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

4

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

5

Impedância de saída

9

( )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

6

11

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

7

Não idealidades

13

● 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

14

Estrutura Cross-Quad para melhoria do casamento

1C 2C

1B 2B

E

8

Espelhos básicos

15

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

9

Espelho de corrente cascode

17

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

10

Espelho de corrente com degeneração de emissor ou fonte

19

2 2o m oR g r R=

Ro

Fonte: Sedra & Smith, Microelectronica, 5ª Edição, Fig. 6.62

20

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

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