KA_IX

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电路中,如何比较电阻阻值的大小?

2021-7-19 15:50:44 显示全部楼层
在一些芯片外围电路中有时需要引脚接不同的阻值以对应不同的功能或状态,这往往需要比较电阻阻值的大小,类似于电压比较器,比较外接电阻阻值与芯片内部设定阻值的大小,比如芯片内部包含两种电阻100k、500k,当芯片引脚外接阻值为R<100k、100k<R<500k、R>500k时,可以分别对应芯片内部的三种工作状态或功能。这种阻值比较电路如下所示(假设M3/4/5/6 Vth=1V),这里仅分析两个电阻比较的电路,三个及以上的电阻比较同理。当R1>R2时,Vo输出低电平;当R1<R2时,Vo输出高电平。
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在分析之前首先看NMOS的输出特性曲线,阴影部分是饱和区,在饱和区漏极电流表达式可近似表达为:
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空白部分是三极管区,漏极电流可近似表示为:
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工作原理:M5、M6构成一对镜像电流源,因为VgsM6=VdsM6,所以M6必定工作在饱和区,但M5的工作状态不能确定,如果M5工作在三极管区,那么M5、M6的漏极电流不再相等,因为饱和区和三极管区的Id表达式不同,如果M5也工作在饱和区,那么M5、M6就是一对镜像电流源(因为满足统一漏电流表达式);因为V1>VthM3、V1>VthM4,所以M3、M4肯定会导通,假设M3工作在三极管区,那么VdrainM3<v1=3v,那么此时M6的VDS即VGS<-8V,根据M6漏电流表达式,此时IdM6较大,IdM6流经R1的大阻值产生的压降必然要大于假设的VdrainM3<v1,所以假设不成立,M3工作在饱和区,因为R1的阻值较大,IdM3较小,所以VsourceM3近似等于V1-VthM3=2V。经过上述对M3、M6支路的分析,M3支路的电流IdM3=20uA;下面根据不同R2阻值条件下,分析Vo的输出电平。
1.如果R2为200k,假设M5工作在饱和区,则M5支路的电流为20uA,则VsourceM4=4V>V1,显然是不可能的,所以M5工作在三极管区,Vo为高电平,M4工作在饱和区,M4支路的电流近似为10uA;
2. 如果R2为50k,假设M5工作在三极管区,VgsM5=VgsM6,根据MOS的输出特性曲线,M5的源漏极电压绝对值相比于M6较小,IdrainM5<IdrainM6=20uA,VdrainM5>VdrainM6,那么对于M3和M4相关参数有如下关系:
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根据MOS的输出特性曲线,VdsM4<VdsM3,即:
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根据上述假设推论,不等式左边>0,不等式右边<0,显然不等式不成立,所以M5工作在饱和区,M5支路电流和M6支路电流相同为20uA,M4工作在三极管区,Vo为低电平。
综上,电路完成了R1与R2阻值的比较,R1>R2时,Vo为低电平,反之则为高电平;同样的如果要比较两路电流的大小,也可以采用上述电路进行比较,只是需要将带比较的两路电流源进行镜像,本质上都是利用镜像电流源支路的电流值与镜像电流值能否匹配来实现比较的。实际如果具体指定某些MOS的参数更方便定量分析,这里只给出了定性的分析,如果MOS参数和阻值(较大阻值)在合理范围内则是与分析相符的。

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