Моделирование входного тока смещения токовых зеркал

Смоделировать выходной ток смещения токового зеркала несложно. Нужно просто подать входной ток, измерить выходной ток и вычислить разность. Однако этот выходной ток смещения не равен входному току смещения, особенно когда отношение токов схемы зеркала не равно 1:1. Моделирование входного тока смещения с высокой точностью является более сложной задачей. Предположим, вы имеете дело с зеркалом 1:1 и хотите узнать, какой входной ток необходим для получения выходного тока 10 мкА. В идеале входной ток должен составлять 10 мкА, если предположить, что входной ток смещения равен нулю. Однако из-за конечного значения бета биполярных транзисторов, конечных выходных сопротивлений, рассогласований и т. д. входной ток смещения не равен нулю. Схема на Рисунке 1 обеспечивает высокую точность и малое время моделирования.

Рисунок 1.	Эта схема используется для моделирования входных токов смещения токового зеркала.

Для того чтобы заставить ток CCCS (current-controlled current source, источник тока, управляемый током) сравняться с током смещения на входе, используется обратную связь. Ток, текущий в источник напряжения V_OUT, представляет собой разность между выходным током зеркала и идеальным выходным током I_IDEAL. Этот ток является «током ошибки» (I_ERROR). Когда ток CCCS равен входному току смещения, ток ошибки равен нулю. CCCS с большим коэффициентом усиления усиливает ток ошибки, и CCCS добавляет его к входному току. Таким образом, создается цепь обратной связи, и ток, измеряемый через CCCS, является входным током смещения. В цепи обратной связи реализован большой коэффициент усиления, который обеспечивает высокую точность (пренебрежимо малый ток ошибки). А поскольку результат получается путем вычисления рабочей точки по постоянному току, время моделирования невелико.

Рисунок 2.	Эта гистограмма показывает распределение входного тока смещения.

На Рисунке 2 показаны результаты моделирования 500 прогонов методом Монте-Карло для I_IDEAL = 10 мкА, коэффициента усиления G = 1000 и V_OUT = 1 В. N-p-n транзисторы имеют длину эмиттера 40 микрон и изготавливаются с использованием BiCMOS кремний-германиевого технологического процесса с проектными нормами 0.35 микрон, но этот метод моделирования можно использовать для всех токовых зеркал и всех типов транзисторов. Среднее значение распределения для гистограммы на Рисунке 2 составляет 194 нА, а стандартное отклонение – 131 нА. Среднее значение не равно нулю из-за ошибки, вносимой базовым током.