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模拟集成电路入门30问之19

热度 11已有 2265 次阅读2021-2-26 11:08 |系统分类:芯片设计| 偏置

19. 如何理解模拟集成电路模块系列之三:偏置?

大家好!今天我想聊聊模拟集成电路中使用比较广泛的电路:偏置电路。一般来说,在双极性器件为主的集成电路中,偏置电路是比不可少的,而且这种偏置电路主要是提供电流偏置;在以单极性器件为主的集成电路中,则主要是以提供电压偏置的偏置电路为主。

由于偏置电路比较简单,所以我会从电路类型和性能参数两个方面来进行讲解。从电路类型方面,我按照两种方法进行分类,按照电路使用的器件,偏置电路可以分为电阻偏置、MOS管偏置、NPN管偏置;按照输出来看,偏置电路分为电压偏置、电流偏置。

电阻偏置电路顾名思义它是采用电阻的分压来产生偏置的。也许有人问,那这种偏置电路是否只能是电压偏置电路,一般来说,我认为是的,因为电阻一般而言是一种电压器件,它无法控制自身的电流。

MOS管偏置是采用MOS管组成的偏置电路,一般而言它可以是电压偏置,也可以是电流偏置;当MOS管偏置是电压偏置时,采用的是MOS管的门端和漏端短接,从而形成Vgs电压作为输出;当MOS管偏置是电流偏置时,采用的是MOS管的漏端输出,通过对MOS管的门端进行控制,从而控制MOS管的输出电流。

NPN管偏置和MOS管类似,也可以是电压偏置和电流偏置;当NPN管偏置是电压偏置时,采用的是NPN管的门基极和集电极短接,从而形成Vbe电压作为输出;当NPN管偏置是电流偏置时,采用的是NPN管的集电极输出,通过对NPN管的基极电流行控制,从而控制NPN管的输出电流。

从上面三类偏置电路可以看出,其实电压偏置和电流偏置只是从应用的角度去看,对于电路结构没有太大的影响。所以我这边就不对这两类偏置电路多讲解了。

聊完偏置电路的类型,下面我谈谈偏置电路的性能参数。对于偏置电路的性能参数我也从四个类型来进行讲解,这四个类型是:输入特性、输出特性、交流特性、极限特性。第一类型,输入特性是工作电压、工作电流,工作电压一般表现出带隙电路对工作环境的适应程度,如果工作电压范围广,则适应性强;如果工作电压范围窄,则工作条件比较苛刻;工作电流决定了偏置电路在各种不同工作电压下的功耗,一般来说,工作电压升高时,工作电流也会上升,所以功耗也会提高;

第二个类型,输出特性是温度漂移系数、电源漂移系数、功耗。这些特性中温度漂移系数是偏置电路最重要的性能参数,它表现的是随着温度的变化,偏置信号的变化和偏置信号的比例,一般来说,温漂系数以PPM/为单位;有时候我们希望不一定希望温漂系数像带隙电路那样越小越好,因为有时候偏置的温度特性可以抵消掉其他功能模块的温度特性,例如:增益、带宽等,所以偏置电路的温度特性是可以利用的。而电源漂移系数是随着电源电压的变化,偏置信号的变化和偏置信号的比例,一般来说,电源漂移系数ppm/V单位,它和温度漂移系数类似,也不是越小越好,而是需要看应用,功能电路也可以利用偏置的电源漂移系数来产生不随电源电压变化的性能,如增益、带宽等;

第三个类型,交流特性是:输出噪声。输出噪声特性一般来说这是作为偏置电路的一个参考,因为它的噪声理论上不是主要噪声源,所以我们在设计时不会花费更多的精力来优化这个性能;

最后一个类型,极限特性是:最大工作电压、工作温度范围。这个最大工作电压和输入电压范围的区别在于,在最大工作电压下可能偏置电路工作不正常了,但在输入电压范围的最大值时,偏置电路必须是正常工作的。工作温度范围是指PN结温下的范围,它和偏置的温度范围有些许区别,一般来说,极限特性下工作温度范围会比偏置的温度范围宽。

好,总结一下,这一讲我从五个电路类型,电阻偏置、MOS管偏置、NPN管偏置、电压偏置、电流偏置和八个性能参数,工作电压、工作电流、温度漂移系数、电源漂移系数、        功耗、输出噪声、最大工作电压、工作温度范围,对偏置电路进行了分析,希望对大家有所帮助!

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回复 南城花已开 2021-3-1 09:58
  

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