A study of different types of current mirrors using polysilicon TFTs /Un estudio de los diferentes tipos de espejos de corriente utilizando TFT de polisilicio

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2005 J. Phys.: Conf. 2005 J. Phys.: Conf.. Ser. Ser. 10 373 10 373
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A study of different types of current mirrors using polysilicon Un estudio de los diferentes tipos de espejos de corriente utilizando polisilicio
TFTs TFTs
I Pappas Yo Pappas
1 1
, L Nalpantidis , Nalpantidis L
1 1
, V Kalenteridis , Kalenteridis V
1 1
, S Siskos , Siskos S
1 1
, CA Dimitriadis , Dimitriadis CA
2 2
, AA , AA
Hatzopoulos Hatzopoulos
3 3
Aristotle University of Thessaloniki, Universidad Aristóteles de Salónica,
1 1
Physics Dept., Electronics Lab, 54124, Greece Dpto. Física, Laboratorio de Electrónica, 54124, Grecia
2 2
Physics Dept, Solid State Physics Lab, 54124, Greece Departamento de Física, Laboratorio de Física del Estado Sólido, 54124, Grecia
3 3
Department of Electrical and Computer Engineering, 54124, Greece Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación, 54124, Grecia
E-mail: ilpap@auth.gr, lazaros4@auth.gr E-mail: ilpap@auth.gr, lazaros4@auth.gr
Abstract. Polysilicon thin-film technology has become of great interest due to the demand for Resumen. Polisilicio la tecnología de película fina ha sido de gran interés debido a la demanda de
large area electronic devices. área de dispositivos electrónicos de gran tamaño. Active Matrix Liquid Crystal Displays (AMLCDs) and Active Matriz Activa las pantallas de cristal líquido (AMLCDs) y Active
Matrix Organic Light Emitting Displays (AMOLEDs) are among the fields where polysilicon Matrix Organic Light Emitting Muestra (AMOLEDs) son algunos de los campos donde polisilicio
thin-film transistors (poly-Si TFTs) are most commonly used. Transistores de película delgada (TFT poly-Si) son los más utilizados. Such devices, generally, require Tales dispositivos, por lo general, requieren
analog signal processing. procesamiento de señales analógicas. This fact makes the performance of basic analog blocks, such as Este hecho hace que el rendimiento de los bloques básicos analógicos, tales como
current mirrors implemented with poly-Si TFTs, crucial. espejos de corriente a cabo con poli-Si TFT, crucial. This paper examines the performance Este trabajo examina el desempeño
of various current mirror designs through simulation. de diferentes tipos de espejo de corriente a través de la simulación. Finally, a novel design of a current Por último, un novedoso diseño de una corriente
mirror is proposed aimed to be used in low voltage applications. espejo se propone apunta a ser utilizados en aplicaciones de baja tensión.
1. 1. Introduction Introducción
Thin-film transistors have made large area electronic devices such as AMLCDs and AMOLEDs Transistores de película delgada han hecho zona de dispositivos electrónicos de gran tamaño, como AMLCDs y AMOLEDs
commercially appealing [1]. atractivo comercial [1]. Despite the similarities with the commonly used MOSFETs, poly-Si A pesar de las similitudes con los utilizados comúnmente MOSFETs, poli-silicio
TFTs present some important differences. TFTs presentan algunas diferencias importantes. The main reason that causes these differences is that instead La razón principal que causa estas diferencias es que en lugar
of a single-crystal silicon wafer, a typically heat-sensitive material, usually glass, is used. de un cristal de obleas de silicio-single, un material sensible al calor por lo general, por lo general de vidrio, se utiliza. Such a Tal
substrate indicates that TFTs lack substrate pin, having only three terminals. sustrato indica que la falta TFTs pin sustrato, con sólo tres terminales. The presence of the La presencia de la
insulating substrate provides ideal isolation of each device and negligible parasitic capacitances [2]. sustrato aislante proporciona un aislamiento ideal de cada dispositivo y despreciables las capacidades parásitas [2].
Figure 1. Poly-Si TFT structure Figura 1. Poly-Si TFT estructura
Figure 2. Cross section of a poly-Si TFT Figura 2. Corte transversal de un poli-Si TFT
Institute of Physics Publishing Instituto de Física de publicación
Journal of Physics: Conference Series 10 (2005) 373–376 Journal of Physics: Serie de conferencias 10 (2005) 373-376
doi:10.1088/1742-6596/10/1/091 doi: 10.1088/1742-6596/10/1/091
Second Conference on Microelectronics, Microsystems and Nanotechnology Segunda Conferencia sobre Microelectrónica, Microsistemas y Nanotecnología
373 373
© 2005 IOP Publishing Ltd © 2005 Editorial PIO Ltd
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Devices implemented with this technology demonstrate inferior characteristics, however they make Los dispositivos con esta tecnología aplicadas demuestran características inferiores, sin embargo hacen
the integration of drive and interface circuitry no the same substrate possible. la integración de la unidad y circuitos de interfaz no sea posible el mismo sustrato. Because of the nature of Debido a la naturaleza de
the fabrication process, there is a variation in the electrical characteristics of individual TFTs over the el proceso de fabricación, hay una variación en las características eléctricas de TFTs individual durante los
substrate area [3]. área de sustrato [3]. The major disadvantages of poly-Si TFTs are the large mismatches of the threshold Las principales desventajas de poli-silicio TFT son los grandes desajustes del umbral
voltage and the mobility of the transistors. tensión y la movilidad de los transistores. These mismatches present no spatial uniformity. Estas diferencias no presentan uniformidad espacial. The El
threshold voltage varies up to tensión umbral varía hasta
± ±
1V from the nominal value [7]. 1V del valor nominal [7]. Another characteristic that Otra característica que
deteriorates the performance of poly-Si TFTs is the kink effect [6]. deteriora el desempeño de poli-Si TFT es el efecto torcedura [6]. This effect is mainly originated by Este efecto se debe principalmente originados por
impact ionization at the drain end of the channel and causes an anomalous increase of the drain current ionización de impacto en el lado del desagüe del canal y provoca un aumento anómalo de la corriente de drenaje
for relatively high values of the drain to source voltage V para valores relativamente altos de la fuga de voltaje de la fuente V
gs gs
as it can be seen in figure 3 [1]. como puede verse en la figura 3 [1]. Lower Inferior
supply voltages would prevent kink effect from playing a dominant role in the TFTs' saturation tensiones de alimentación se evita el efecto torcedura de jugar un papel dominante en TFTs 'saturación
region. región. Many different methods to reduce the effect of these disadvantages are proposed [4],[5],[6]. Muchos métodos diferentes para reducir el efecto de estas desventajas se proponen [4], [5], [6].
Figure 3. Typical output Figura 3. Típicas de salida
characteristics of a n-channel características de un canal n
poly-Si TFT at different V poli-Si TFT en diferentes V
GS GS
. .
2. 2. Simulation parameters parámetros de simulación
The simulation programs used were HSpice and AIM-Spice. Los programas de simulación utilizados fueron HSPICE y AIM-Spice. The poly-Si TFTs were simulated using El poli-Si TFT se simularon utilizando
the PSIA2 RPI model (level 62 and 16 respectively). el modelo de PSIA2 RPI (nivel 62 y 16, respectivamente). The default values of the model's parameters Los valores por defecto de los parámetros del modelo
were kept [8] except those specified in table 1 [9] and the width (W) and length (L) parameters that se mantuvieron [8], excepto las especificadas en el cuadro 1 [9] y el ancho (W) y longitud (L) los parámetros que
were chosen for every design simulated, in order to achieve the optima results. fueron elegidos para cada diseño simulado, con el fin de lograr los resultados óptimos.
Table 1. TFTs parameters values used in simulation. Cuadro 1. Parámetros TFTs valores utilizados en la simulación.
High field mobility Alta movilidad sobre el terreno
MU0 (cm MU0 (cm
2 2
/Vs) / Vs)
Zero-bias threshold voltage Cero de polarización de tensión de umbral
VTO (V) VTO (V)
n channel canal n
100 100
2 2
p channel p canal
50 50
-3 -3
3. 3. Simulation results Resultados de la simulación
The purpose of the simulations was to ascertain the minimum supply voltage needed in order to El objetivo de las simulaciones era comprobar la tensión de alimentación mínima necesaria con el fin de
operate properly, the input and output resistances of the devices and the relative error between the funciona correctamente, la entrada y salida de las resistencias de los dispositivos y el error relativo entre la
reference and output current for both equal and unequal transistors threshold voltages. de referencia y la corriente de salida para los dos iguales y desiguales tensiones umbral de transistores. The designs Los diseños
were implemented using p-channel TFTs. se llevaron a cabo utilizando el canal TFT-p. The effect of the threshold voltage mismatch was taken into El efecto del desequilibrio que existe tensión de umbral se ha tenido en
account by assuming VTO variations of 1V for each transistor, that means a total 2V difference. cuenta al asumir VTO variaciones de 1V para cada transistor, lo que significa una diferencia total de 2V. The El
reference input current ranged from 1µΑ to 100µΑ. de referencia actual de entrada osciló entre 1μΑ a 100μΑ.
The first design examined was the simple current mirror implemented with two poly-Si TFTs as El primer diseño fue examinada la corriente simple espejo a cabo con dos-Si TFT poly como
shown in figure 4. se muestra en la figura 4. The minimum supply voltage was found to be 10V and the relative error between El voltaje de suministro mínimo se encontró que 10 V y el error relativo entre
reference input and output current was 16% for no variation of the threshold voltage. de entrada y salida de corriente de referencia fue del 16% sin variación de la tensión umbral. The high value El alto valor
of the relative error is caused by the different Vds of the transistors. del error relativo es causada por la Vds diferentes de los transistores. Assuming 1V variation from the Suponiendo que la variación de la 1V
nominal value for the transistors' threshold voltages, the relative error between the input and output valor nominal de «umbral de tensiones de los transistores, el error relativo entre la entrada y salida
current becomes up to 38%. actual pasa a ser hasta un 38%.
374 374
Page 4 Página 4
Figure 4. Simple current mirror Figura 4. Actuales simple espejo
Figure 5. Cascode current mirror Figura 5. Cascodo actual espejo
The second design examined was the cascode current mirror implemented with p-type poly-Si El segundo diseño se examinó la actual espejo cascodo a cabo con p-tipo de poli-silicio
TFTs, shown in figure 5. TFT, que se muestra en la figura 5. The minimum supply voltage found 20V and the optimum bias voltage -10V. La tensión de alimentación 20V mínimas que se encuentran y la óptima tensión de polarización-10V.
The relative error between reference input and output current was 10% for common threshold voltages El error relativo entre la entrada y salida de corriente de referencia fue del 10% para tensiones umbral común
of the transistors used. de los transistores utilizados. The decrease of the relative error was expected since the two transistors La disminución del error relativo que se esperaba desde que los dos transistores
forming the mirror share an almost identical value of the Vds. formando un espejo de la cuota de valor casi idéntico de la VDS. Assuming 1V variation from the Suponiendo que la variación de la 1V
nominal value for the transistors' threshold voltages, the relative error between the input and output valor nominal de «umbral de tensiones de los transistores, el error relativo entre la entrada y salida
current becomes up to 24%. actual pasa a ser hasta un 24%.
The third design examined was the fully cascode current mirror as shown in figure 6. El tercer diseño fue examinado el actual espejo cascodo plenamente como se muestra en la figura 6. The supply El suministro
voltage used was 20V and the relative error was no more than 5% for no variation of the threshold tensión utilizada fue 20V y el error relativo no era más que un 5% sin variación del umbral
voltage. tensión. The result of the assumed non-uniformity of the transistors' threshold voltages was an El resultado de la supuesta falta de uniformidad de «umbral de tensiones de los transistores fue un
increase of the relative error up to 25%. aumento del error relativo hasta un 25%.
Figure 6. Fully cascade current mirror Figura 6. Totalmente cascada espejo actual
Figure 7. Wide swing current mirror Figura 7. Swing amplio espejo actual
The wide swing current mirror of figure 7 was examined. El columpio de ancho espejo actual de la figura 7 se examinó. The supply voltage used was 20V. La tensión de alimentación utilizada fue 20V. The El
relative error was found 1,5% for no variation of the threshold voltage. error relativo se encontró un 1,5% por ninguna variación de la tensión de umbral. Taking into account the Teniendo en cuenta la
variation from the nominal value of the threshold voltages, the relative error found to be up to 15%. variación del valor nominal de las tensiones de umbral, el error relativo encontró que hasta un 15%.
The complexity, the area and the voltage supply increase is the trade-off for the improvement of La complejidad, la zona y el aumento de tensión de suministro es la compensación para la mejora de
current mirror performance. rendimiento de espejo de corriente.
A novel design of a current mirror aimed to be used in low voltage applications is proposed. Un novedoso diseño de una corriente espejo destinado a ser utilizado en aplicaciones de baja tensión se propone. This Esta
design is shown in figure 8. diseño se muestra en la figura 8. It was chosen C Fue elegido C
1 1
=6x10 = 6x10
-12 -12
F, C F, C
2 2
=3x10 = 3x10
-12 -12
F. F.
Figure 8. Proposed current mirror design Figura 8. Espejo de diseño actual propuesta
embodying capacitive coupling of the TFTs' que contiene el acoplamiento capacitivo de los TFTs '
gates puertas
375 375
Page 5 Página 5
Applying the charge conservation law it can be derived that the TFTs' gates are biased so as: La aplicación de la ley de conservación de carga que puede deducirse que TFTs 'puertas están sesgados a fin de:
V V
G1 G1
= V V =
G2 G2
= V V =
bias parcialidad
2 2
1 1
1 1
C C
C C
C C
+ +
It is evident that the proposed design shares the same topology with the simple current mirror. Es evidente que las acciones de diseño propuesto la misma topología con el espejo actual de simple.
Appropriate decision of C Adecuada resolución de C
1 1
, C , C
2 2
and V y V
bias parcialidad
values can lead to almost zero threshold voltage transistors, valores puede llevar casi a cero voltaje de transistores umbral,
because the gate voltage will be set almost equal to the threshold voltage. porque el voltaje de la puerta se fijará casi igual a la tensión de umbral. Therefore transistors can Por lo tanto puede transistores
operate in the saturation region with very small value of Vds. operan en la región de saturación con poco valor mismo de la VDS.
The results of the previous simulations are summarized in table 2. Los resultados de las simulaciones anteriores se resumen en el cuadro 2.
Table 2. Simulations' results summarization Cuadro 2. 'Resultado de simulaciones de compresión
Minimum Mínimo
Relative mirroring error reflejo de error relativo
Current mirror espejo de corriente
type tipo
V V
dd dd
(V) (V)
R R
ΙΝ ΙΝ
(KΩ) (KΩ)
R R
OUT OUT
(KΩ) (KΩ)
∆V ΔV
T T
=0 = 0
∆V ΔV
T T
= =
± ±
1V 1V
Simple Simple
15 15
53.9 53,9
285 285
16% 16%
38% 38%
Cascode Cascodo
20 20
53.9 53,9
770 770
10% 10%
24% 24%
Full cascode Lleno cascodo
20 20
107.8 107,8
1900 1900
5% 5%
25% 25%
Wide swing Amplia swing
25 25
255 255
802 802
1.5% 1,5%
15% 15%
Proposed Propuesto
12 12
88.3 88,3
833.3 833,3
4.5% 4,5%
9% 9%
4. 4. Conclusions Conclusiones
A number of current mirrors implemented with poly-Si TFTs were examined. Un número de espejos se están adoptando actualmente con poli-Si TFT fueron examinados. Their performance was Su actuación fue
found poor in comparison with those implemented with conventional MOSFETs. encontró pobre en comparación con los llevados a cabo con MOSFETs convencionales. However, complex Sin embargo, el complejo
structures such as the wide swing current mirror, present satisfactory characteristics even for the worst estructuras tales como el swing amplio espejo actual, presentan características satisfactorias para lo peor
transistors' threshold voltages variation case. transistores 'tensiones umbral caso variación. A novel design has been proposed that can provide a Un novedoso diseño se ha propuesto que puede proporcionar una
current mirror with practically zero threshold voltage transistors. espejo de corriente con transistores prácticamente cero de tensión de umbral. The behavior of the proposed design El comportamiento del diseño propuesto
is considered satisfactory considering its simple structure. Se considera satisfactorio teniendo en cuenta su estructura simple.
5. 5. Acknowledgments Agradecimientos
The authors would like to thank the ministry of national education and religious affairs for the Los autores desean agradecer al Ministerio de Educación Nacional y Asuntos Religiosos de la
financial support of the frame PYTHAGORAS. apoyo financiero de la PITÁGORAS marco

Nerio Ramirez

El ZDS1009 espejo actual

 se ha desarrollado para la alta del lado de detección de corriente, así como aplicaciones a nivel de traducción. As an alternative, the ZXCT1009T8  is also available as an integrated solution. Como alternativa, el ZXCT1009T8  también está disponible como una solución integrada.

    * Features Características Wide operating voltage range Amplia gama de tensión de servicio
    * Excellent temperature tracking characteristics Excelente temperatura de seguimiento de las características
    * Simplifies circuit implementation Simplifica la implementación de circuitos
    * Only four connections required Sólo cuatro conexiones necesarias

    * Applications Aplicaciones Battery chargers Cargadores de batería
    * DC motor control Control de motores DC
    * Out-rush current sensing Fuera de la corriente de entrada de sensores
    * In-rush current sensing En la fiebre de detección de corriente
Página 1
ISSUE 2 - JANUARY 2000 TEMA 2 - enero 2000
ZDS1009 ZDS1009
SM-8 COMPLEMENTARY CURRENT MIRROR SM-8 ESPEJO complementarios actuales
1 1
FEATURES CARACTERÍSTICAS
• Excellent Temperature Tracking Characteristics • Excelente Temperatura Características de seguimiento
• Compact Cost Effective Solution • Compacto solución rentable
• Simplifies Circuit Implementation • Simplifica la implementación del circuito
• Broad application base from • Amplia base de la aplicación de
Single Cell Li-ion High Side Current sense chargers to -Lado de la célula actual Alto sentido de iones Li cargadores único a
Multi-cell Lead-Acid systems Multi-célula de plomo sistemas
• Only 4 Connections required • Sólo el 4 conexiones necesarias
DESCRIPTION DESCRIPCIÓN
The ZDS1009 current mirror has been developed El ZDS1009 espejo actual se ha desarrollado
specifically for high side, current sense plus level de alto, con la cara actual más sentido nivel específicamente
translation applications and as such will find a broad aplicaciones de traducción y, como tal, se encuentra una amplia
applications base including battery charge aplicaciones de base de carga de la batería incluida
management, DC motor control and over current gestión, control de motores DC y más actual
monitoring functions. funciones de vigilancia. It is of particular interest for Es de especial interés para
current sense applications for feedback purposes in fast sentido de las aplicaciones actuales para fines de retroalimentación en rápido
battery chargers for Li-Ion cell based systems. cargadores de baterías para celdas de Li-Ion sistemas basados en.
The device functions by sensing the voltage developed El dispositivo funciona mediante la detección de la tensión desarrollada
across an external (user defined) high side current a través de un externo (definido por el usuario) de alta corriente lateral
sense resistor, and by an arrangement of current Resistencia de sentido, y por un arreglo de las actuales
mirrors refer this sensed voltage, with or without espejos remitir este percibió tensión, con o sin
multiplication, to a low side referenced signal. multiplicación, a un lado de baja referencia de la señal. This Esta
signal can then be used, for example, to close the señal puede ser utilizada, por ejemplo, para cerrar la
control loop to a controller IC, for a DC-DC converter control de lazo a un controlador IC, por un convertidor DC-DC
providing charge to a battery. proporcionar carga a una batería.
TYPICAL APPLICATION CIRCUIT CIRCUITO DE APLICACIÓN TÍPICAS
V V
IR IR
R R
R R
sense sentido
2 2
4 4
1 1
= =
For balance R3=R4 Para R3 R4 = saldo
eg por ejemplo,
R2=100m Ω R2 = 100 Ω
R1=R3=R4=100 Ω R1 = R3 = R4 = 100 Ω
V V
sense sentido
sensitivity = 100mV/A una sensibilidad de 100 mV / A
SM-8 SM-8
(8 LEAD SOT223) (8 PLOMO SOT223)
SCHEMATIC DIAGRAM Diagrama esquemático
CONNECTION DIAGRAM ESQUEMA DE CONEXIONES
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ISSUE 2 - JANUARY 2000 TEMA 2 - enero 2000
ZDS1009 ZDS1009
Parameter Parámetro
Symbol Símbolo
Min Min
Max Número máximo de personas
Unit Unidad
Conditions Condiciones
Breakdown Voltage Voltaje de Ruptura
BV BV
Y1-X1 Y1-X1
120 120
V V
I Yo
Y1 Y1
=100 µ A Μ = 100 A
Breakdown Voltage Voltaje de Ruptura
BV BV
X1-E1 X1-E1
-30 -30
V V
I Yo
X1 X1
=-10mA =- 10mA
Breakdown Voltage Voltaje de Ruptura
BV BV
Y1-E3 Y1-E3
30 30
V V
I Yo
Y1 Y1
=10mA = 10 mA
Breakdown Voltage Voltaje de Ruptura
BV BV
E1-Y1 E1-Y1
-12 -12
V V
I Yo
E1 E1
=-100 µ A =- 100 μ A
Breakdown Voltage Voltaje de Ruptura
BV BV
E2-Y1 E2-Y1
-6 -6
V V
I Yo
E2 E2
=-100 µ A =- 100 μ A
Breakdown Voltage Voltaje de Ruptura
BV BV
E3-X1 E3-X1
12 12
V V
I Yo
E3 E3
=100 µ A Μ = 100 A
Breakdown Voltage Voltaje de Ruptura
BV BV
E4-X1 E4-X1
6 6
V V
I Yo
E4 E4
=100uA = 100uA
Leakage Fuga
I Yo
Y1 Y1
50 50
nA nA
V V
Y1-X1 Y1-X1
=100V = 100V
Leakage Fuga
I Yo
X1 X1
-10 -10
µ A μ A
V V
X1-E1 X1-E1
=-30V, V =- 30V, V
y1 y1
=V V =
E1 E1
Leakage Fuga
I Yo
Y1 Y1
10 10
µ A μ A
V V
Y1-E3 Y1-E3
=30V,V = 30V, V
X1 X1
=V V =
E3 E3
Leakage Fuga
I Yo
E1 E1
-100 -100
nA nA
V V
E1-Y1 E1-Y1
=-8V =- 8V
Leakage Fuga
I Yo
E2 E2
-100 -100
nA nA
V V
E2-Y1 E2-Y1
=-4V =- 4V
Leakage Fuga
I Yo
E3 E3
100 100
nA nA
V V
E3-X1 E3-X1
=8V = 8V
Leakage Fuga
I Yo
E4 E4
100 100
nA nA
V V
E4-X1 E4-X1
=4V = 4V
Input Voltage Entrada de voltaje
V V
Y1-E2 Y1-E2
-1.45 -1,45
-1.65 -1,65
V V
I Yo
Y1 Y1
=-1A =- 1A
Input Voltage Entrada de voltaje
V V
Y1-E3 Y1-E3
1.45 1,45
1.75 1,75
V V
I Yo
Y1 Y1
=1A,V = 1A, V
X1 X1
=V V =
Y1 Y1
Input Voltage Entrada de voltaje
V V
X1-E1 X1-E1
-1.45 -1,45
-1.75 -1,75
V V
I Yo
X1 X1
=-1A,V =- 1 A, V
X1 X1
=V V =
Y1 Y1
Input Voltage Entrada de voltaje
V V
X1-E4 X1-E4
1.45 1,45
1.65 1,65
V V
I Yo
X1 X1
=1A = 1A
Transfer Transferencia
Characteristic Característica
V V
OUT OUT
0.99 0,99
1.01 1,01
V V
See Fig 1.V Véase la figura 1.v
CC CC
=5V = 5V
R1=R3=R4=100 Ω , V R1 = R3 = R4 = 100 Ω, V
IN EN
=1V = 1V
Transfer Transferencia
Characteristic Característica
V V
OUT OUT
1 1
mV mV
See Fig 1.V Véase la figura 1.v
CC CC
=5V = 5V
R1=R3=R4=100 Ω , V R1 = R3 = R4 = 100 Ω, V
IN EN
=5mV = 5mV
Output Zero-Offset Salida Cero Offset
Voltage Voltaje
V V
OFFSET OFFSET
4 4
mV mV
See Fig 2.V Véase la figura 2.v
CC CC
=5V,R = 5 V, R
2 2
<1 Ω <1 Ω
R1=R3=R4=100 Ω R1 = R3 = R4 = 100 Ω
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS. ABSOLUTA máximas indicadas.
PARAMETER PARÁMETRO
SYMBOL SÍMBOLO
VALUE VALOR
UNIT UNIDAD
Maximum Operating Voltage Tensión máxima de servicio
V V
y1-x1 y1-x1
120 120
V V
Maximum Voltage (E1-E2,E3-E4) Tensión máxima (E1-E2, E3-E4)
V V
EE' EE '
10 10
V V
Peak Pulse Current Corriente de pico impulsos
I Yo
M M
4 4
A Un
Continuous Current (E1-E4,E2-E3) Corriente Continua (E1-E4, E2-E3)
I Yo
C C
1 1
A Un
Total Power Dissipation at T Disipación de energía total en T
amb amb
= 25°C* = 25 ° C *
P P
tot tot
2 2
W W
Operating and Storage Temperature Range Y rango de temperatura de almacenamiento
T T
j j
:T : T
stg libras
-55 to +150 -55 A 150
°C ° C
* The power which can be dissipated assuming the device is mounted in a typical manner on a PCB with copper * El poder que se puede disipar suponiendo que el dispositivo está montado de una manera típica en una PCB con el cobre
equal to 2 inches square. igual a 2 pulgadas cuadradas.
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (at T Características eléctricas (en T
amb amb
=25°C) = 25 ° C)
2 2
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ISSUE 2 - JANUARY 2000 TEMA 2 - enero 2000
ZDS1009 ZDS1009
Figure 1 Figura 1
Transfer Characteristic Test Circuit Prueba de transferencia del circuito Características
Figure 2 Figura 2
Output Zero-Offset Voltage Test Circuit Salida-Offset Voltaje Cero Circuito de prueba
3 3
Vo Vo
l l
t t
a una
g g
e e
T T
r r
a una
n n
s s
f f
e e
r r
10m 10m
Vin - Input Voltage (V) Vin - La tensión de entrada (V)
Frequency (Hz) Frecuencia (Hz)
Phase Change v Frequency Response Cambio de fase v Respuesta de frecuencia
Pha Pha
s s
e e
C C
h h
a una
nge ESN
( (
Degr Degr
ees) EEE)
360 360
240 240
220 220
Voltage Transfer v Frequency Response Transferencia de voltaje v Respuesta de frecuencia
Frequency (Hz) Frecuencia (Hz)
100 100
Vo Vo
l l
t t
a una
g g
e e
T T
r r
a una
n n
s s
f f
e e
r r
0.50 0,50
V V
cc cc
- Supply Voltage(V) - La tensión de suministro (V)
Voltage Transfer v Supply Voltage Transferencia de voltaje V Voltaje de alimentación
Vo Vo
l l
t t
a una
g g
e e
T T
r r
a una
n n
s s
f f
e e
r r
0.95 0,95
+25°C +25 ° C
R = 10 R = 10
1k 1k
R = 100 R = 100
R = 1 k R = 1 k
0.7 0,7
200 200
180 180
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
0 0
1.00 1,00
1.05 1,05
1.10 1,10
1.15 1,15
1.20 1,20
100m 100m
1 1
10 10
0.8 0,8
0.9 0,9
1.0 1,0
1.1 1,1
1.2 1,2
1.3 1,3
R = 10 R = 10
R = 100 R = 100
R = 1 k R = 1 k
0.60 0,60
0.70 0,70
0.80 0,80
0.90 0,90
1.00 1,00
R = 10k R = 10k
R = 1k R = 1k
1k 1k
10k 10k
100k 100k
1M 1M
260 260
280 280
300 300
320 320
340 340
10k 10k
100k 100k
1M 1M
Vin = 0.1V Vin = 0,1 V
Voltage Transfer v Input Voltage Transferencia de tensión de voltaje de entrada v
R = 100 R = 100
R = 10k R = 10k
R = 1k R = 1k
R = 100 R = 100
Vcc=5V Vcc = 5V
+25°C +25 ° C
Vin = 1V Vin = 1V
Vcc = 5V Vcc = 5V
VAC = 0.1V VAC = 0,1 V
T = 25°C T = 25 ° C
Vin = 1V Vin = 1V
Vcc = 5V Vcc = 5V
VAC = 0.1V VAC = 0,1 V
T = 25°C T = 25 ° C
TYPICAL CHARACTERISTICS CARACTERÍSTICAS TÍPICAS
TEST CIRCUITS PRUEBA DE CIRCUITOS
Page 4 Página 4
ISSUE 2 - JANUARY 2000 TEMA 2 - enero 2000
ZDS1009 ZDS1009
4 4
Vo Vo
l l
t t
a una
g g
e e
- -
( (
V V
) )
100µ 100μ
0 0
0.2 0,2
0.4 0,4
Temperature (°C) Temperatura (° C)
-55 -55
Vo Vo
l l
t t
a una
g g
e e
( (
V V
) )
1m 1m
V V
ce ce
(V) - Collector-Emitter Voltage (V) (V) --tensión de colector emisor (V)
Curr Curr
ent ent
T T
ransfer ransferencia
0.95 0,95
I Yo
in en
- Input Current (A) - Corriente de entrada (A)
Vo Vo
l l
t t
a una
g g
e e
- -
( (
V V
) )
100µA 100μA
0.4 0,4
+25°C +25 ° C
Vin Vin
1mA 1mA
100µA 100μA
Vcutoff Vcutoff
0.1 0,1
-60 -60
Vcutoff Vcutoff
0.4 0,4
0.6 0,6
0.8 0,8
1mA 1mA
10mA 10mA
100mA 100mA
1A 1A
0.6 0,6
0.8 0,8
1.0 1,0
1.2 1,2
1.4 1,4
1m 1m
10m 10m
100mA 100mA
1A 1A
0.6 0,6
0.8 0,8
1.0 1,0
1.2 1,2
1.4 1,4
Vin Vin
Vcutoff Vcutoff
1 1
10 10
100 100
0.96 0,96
0.97 0,97
0.98 0,98
0.99 0,99
1.00 1,00
1.01 1,01
1.02 1,02
1.03 1,03
1.04 1,04
1.05 1,05
1 1
10 10
1.05 1,05
1.04 1,04
1.03 1,03
1.02 1,02
1.01 1,01
1.00 1,00
0.99 0,99
0.98 0,98
0.97 0,97
0.96 0,96
0.95 0,95
V V
ce ce
- Collector-Emitter Voltage(V) --Tensión de colector emisor (V)
Curr Curr
ent ent
T T
ransfer ransferencia
10mA 10mA
100µA 100μA
1mA 1mA
10mA 10mA
Vin Vin
-35 -35
-15 -15
5 5
25 25
45 45
65 65
85 85
105 125 105 125
Vcutoff Vcutoff
Vin Vin
-40 -20 -40 -20
0 0
20 20
40 40
60 60
80 100 120 80 100 120
1.0 1,0
1.2 1,2
1.4 1,4
1.6 1,6
I Yo
in en
- Input Current (A) - Corriente de entrada (A)
+25°C +25 ° C
1.6 1,6
1.4 1,4
1.2 1,2
1.0 1,0
0.8 0,8
0.6 0,6
0.4 0,4
0.2 0,2
0 0
Temperature (°C) Temperatura (° C)
Iin = 1mA Een = 1mA
Iout = 0.95mA Is = 0.95mA
Iin = 1mA Een = 1mA
Iout = 0.95mA Is = 0.95mA
Vo Vo
l l
t t
a una
g g
e e
( (
V V
) )
+25°C +25 ° C
25 C 25 C
Current Transfer v Vce Transferencia actual Vce v
Input/Cutoff Voltage v I Entrada / v de voltaje de corte I
in en
Input/Cutoff Voltage v I Entrada / v de voltaje de corte I
in en
Input/Output Voltage v Temperature Entrada / salida de voltaje v Temperatura
Input/Output Voltage v Temperature Entrada / salida de voltaje v Temperatura
Current Transfer v Vce Transferencia actual Vce v
Iout = 0.95Iin Is = 0.95Iin
Iout = 0.95Iin Is = 0.95Iin
NPN NPN
NPN NPN
NPN NPN
PNP PNP
PNP PNP
PNP PNP
TYPICAL CHARACTERISTICS CARACTERÍSTICAS TÍPICAS
Page 5 Página 5
ISSUE 2 - JANUARY 2000 TEMA 2 - enero 2000
ZDS1009 ZDS1009
5 5
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for any purpose or form part of any order or contract or be regarded as a representation relating to the products or services concerned. para cualquier fin o forma parte de ningún pedido o contrato o ser considerada como una representación en relación con los productos o servicios en cuestión. The Company La Compañía
reserves the right to alter without notice the specification, design, price or conditions of supply of any product or service. se reserva el derec
Nerio ramirez

switch interruptor

does not affect V no afecta a V
dd dd
. . So, we reduce a cascade transis- Así, se reduce una cascada de transistores-
tor. tor. Moreover, we can see there is no current flowing Por otra parte, podemos ver que no hay corriente que fluye
through the switch, which will reduce the switch noise. a través del interruptor, lo que reducirá el ruido del interruptor.
Fig. La figura. 3 shows how the same functionality can be achieved 3 muestra cómo la misma funcionalidad que se puede lograr
by SCM mixer using four switched-current-mirrors. por mezclador de SCM con cuatro de conmutación de corriente espejos. For Para
canceling the strong output signal at the LO frequency, this cancelación de la señal de salida fuerte en la frecuencia de LO, esta
mixer is the double-balanced version. mezclador es el equilibrado doble versión. For a switched cur- Para una conmutación de act-
rent mirror, just like Fig. espejo de alquiler, al igual que la figura. 2(a), the current mirror, com- 2 (a), el espejo actual, com-
posed of M que plantea de M
1 1
(whose width to length ratio equals to M/L ), (Cuyo ancho es igual al cociente de la longitud de M / L),
M M
2 2
(whose width to length ratio equals to aM/L ), has an (Cuyo ancho es igual al cociente de la longitud de AM / L), tiene una
adjusted linear I (I) characteristic. lineales Ajusté (I) característica. M M
2 2
is either switched on es o encendido
to the V a la V
g s1 g s1
by M por M
3 3
(controlled by V (Controlada por V
LO LO
) or switched off. ) O apagado. Thus, Por lo tanto,
effectively, current mirror works, if switch (M efectivamente, espejo de las obras en curso, si el interruptor (M
3 3
) is on, and ) Está encendido, y
the other way around. a la inversa. Now, if switch_1 and switch_4 is Ahora bien, si es switch_1 y switch_4
on, ( i en, (i
if si
+) is equal to a ( i +) Es igual a uno (i
if si
+), and ( i +), Y (i
if si
-)is equal to a ( i -) Es igual a uno (i
if si
-). -). If Si
switch_2 and switch_3 is on, ( i switch_2 y switch_3 está encendido, (i
if si
+) is equal to a ( i +) Es igual a uno (i
if si
-), and -), Y
( i (I
if si
-) is equal to a ( i -) Es igual a uno (i
if si
+). +).
For differential current input Por diferencia de la corriente de entrada
( ) ()
( ) ()
t t
i yo
i yo
rf rf
rf rf
rf rf
ϖ π
cos cos
) )
( (
= =
− -
− -
= =
+ +
(1) (1)
For SCM mixer Por mezclador de SCM
( ) ( ) () ()
[ [
] ]
( ) ( ) () ()
[ [
] ]
[ [
] ]
[ [
] ]
( ) ()
+ +
× ×
× ×
= =
× ×
− -
− -
+ +
× ×
= =
− -
− -
+ +
= =
rf rf
lo lo
lo lo
rf rf
rf rf
if si
if si
o o
i yo
t t
a una
t t
i yo
i yo
a una
i yo
i yo
i yo
ϖ π
ϖ π
cos cos
sgn SGN
2 2
cos cos
sgn SGN
(2) (2)
Here Aquí
[ [
] { ] (
( (
) )
∑ Σ
∞ ∞
= =
> >
+ +
< <
− -
= =
1 1
cos cos
4/ 4 /
2/ 2 /
sin pecado
0 0
cos cos
:1 : 1
0 0
cos cos
:1 : 1
cos cos
sgn SGN
t t
n n
n n
n n
t t
t t
t t
lo lo
lo lo
lo lo
lo lo
ϖ π
π π
π π
ϖ π
ϖ π
ϖ π
(3) (3)
Therefore, Por lo tanto,
( (
) )
( (
) )
( (
) )
[ [
] ]
t t
n n
t t
n n
n n
n n
a una
i yo
rf rf
lo lo
rf rf
lo lo
o o
ϖ π
ϖ π
ϖ π
ϖ π
π π
π π
− -
+ +
+ +
= =
∑ Σ
∞ ∞
cos cos
cos cos
2/ 2 /
2/ 2 /
sin pecado
2 2
1 1
(4) (4)
a I un yo
o o
I Yo
o o
M M
1 1
M M
2 2
M M
3 3
M/L M / L
a M/L una M / L
Fig. La figura. 2 a 2 bis
i yo
in en
i yo
out fuera
V V
LO LO
Fig. La figura. 1 c 1 c
Direction of Dirección de
Switch Current De corriente del interruptor
Direction of Dirección de
Supply Voltage Voltaje de alimentación
I Yo
o1 o1
I Yo
o2 o2
I Yo
B B
+g + G
m * m *
V V
RF RF
Fig. La figura. 1 b 1 b
Load Carga
V V
dd dd
I Yo
o1 o1
I Yo
o2 o2
M M
1 1
M M
2 2
M M
3 3
V V
LO+ LO +
V V
LO- LO-
V V
B B
+V + V
RF RF
I Yo
B B
+g + G
m * m *
V V
RF RF
Fig. La figura. 1 a 1 bis
Page 3 Página 3
RADIOENGINEERING, VOL. RADIOENGINEERING, VOL. 18, NO. 18, NO. 3, SEPTEMBER 2009 3, septiembre 2009
297 297
Fig. La figura. 2. (a) Switched-current-mirror, (b) Directions of Supply 2. (A) Cambiar-actual-espejo, (b) Cómo llegar de la fuente
Voltage and Switch. Tensión y Switch.
Fig. La figura. 3. (a) Functional Representation for SCM Mixer, 3. (Una representación funcional) para Mezclador de SCM,
(b) Schematic of the SCM Mixer (B) Esquema de la batidora SCM
Thus, the circuits implement the same mixer function Así, los circuitos de implementar la función mismo mezclador
in a different way: the conventional mixer by a transcon- de otra manera: la mesa de mezclas convencionales por un transcon-
ductor plus a current switching, and the new current mode ductor más una corriente de conexión, y el modo de nueva corriente
mixer by switched current mirror. mezclador por el actual espejo conmutada. Compared to conven- En comparación con los convencionales-
tional active mixer, the SCM mixer, changing the direction mezclador activo institucional, el mezclador de SMC, de cambiar la dirección
of switch, has a benefit of low voltage supply. del interruptor, tiene un beneficio de alimentación de baja tensión. Moreover, Por otra parte,
the conversion gain is easy to adjust, just by changing the la ganancia de conversión es fácil de ajustar, simplemente cambiando el
value of a . valor de uno.
Taking finite switch-time into account, as in [7], Teniendo en tiempo finito interruptor en cuenta, como en [7],
a first-order approximation of the current conversion gain una primera aproximación de orden de la conversión del aumento actual
CCG of the SCM mixer becomes CCG de la batidora se convierte en SCM
( (
) )
⎟ ⎟
⎟ ⎟
⎠ ⎠
⎞ ⎞
⎜ ⎜
⎜ ⎜
⎝ ⎝
⎛ ⎛
≈ ≈
sw SO
lo lo
sw SO
lo lo
f f
f f
a una
CCG CCG
τ τ
π π
τ τ
π π
π π
sin pecado
2 2
(5) (5)
4. 4. Simulation Result Resultados de la Simulación
In order to verify the new mixer concept experimen- Con el fin de verificar la nueva mesa de mezclas concepto experi-
tally, a down–conversion mixer was designed to operate at de cotejo, un mezclador de abajo-conversión fue diseñado para funcionar a
1-V supply voltage. 1-V tensión de alimentación. The new mixer was simulated in stan- El nuevo mezclador se simuló en el nor-
dard chartered 0.18μm RF CMOS Process with Spectre in estándar fletado 0.18μm CMOS RF proceso con Espectro en
Cadence Design Systems. Cadence Design Systems. A mixer's frequency converting Un mezclador de frecuencia de conversión
action is characterized by conversion gain or loss. la acción se caracteriza por el aumento de conversión o pérdida. The El
power conversion gain is the ratio of the power delivered Conversión de obtener el poder es el cociente entre la potencia suministrada
to the load and the available RF input power. a la carga y la potencia de RF de entrada disponibles. Fig. La figura. 4 shows 4 muestra
the gain of the mixer with different a . la ganancia de la mesa de mezclas con diferentes uno. We can see that the Podemos ver que el
conversion gain is easy to adjust. ganancia de conversión es fácil de ajustar. Because the noise from Debido a que el ruido de
the mixer is moderated by the LNA's gain, it places a limit el mezclador es moderado por la ganancia del LNA, pone un límite
on how small a signal can be resolved. el tamaño de las señales se pueden resolver. The sensitivity of La sensibilidad de
the receiver is then adversely affected. el receptor es entonces afectada negativamente. Noise is measured El ruido se mide
using the noise figure (NF), which is a measure of how utilizando la figura de ruido (NF), que es una medida de la
much noise the mixer adds to the signal relative to the mucho ruido del mezclador se suma a la señal en relación con la
noise that is already present in the signal. ruido que ya está presente en la señal. An NF of 0 dB is Un NF es de 0 dB
ideal, meaning that the mixer adds no noise. ideal, lo que significa que el mezclador no añade ruido. An NF of Una de NF
3 dB implies that the mixer adds an amount of noise equal 3 dB implica que la mesa de mezclas añade una cantidad de ruido iguales
to that already present in the signal. para que ya esté presente en la señal. For a mixer alone, an Para una mesa de mezclas solo, un
NF of 15 dB is typical. NF de 15 dB es típico. Fig. La figura. 5 shows the noise of this 5 muestra el ruido de la presente
mixer. mezclador. The linearity is verified by Harmonic Balance La linealidad es verificada por Armónica Balance
analysis. análisis. Fig. La figura. 6 illustrates the two-tone simulation results 6 ilustra el tono de resultados de la simulación y dos
with a conversion gain of 4.9 dB, a P con una ganancia de conversión de 4,9 dB, un P
IIP3 IIP3
of 1.6 dBm and a de 1,6 dBm y una
P P
OIP3 OIP3
of 6.51 dBm, a P de 6,51 dBm, una P
IIP2 IIP2
of 85.3 dBm and a P de 85,3 dBm y un P
OIP2 OIP2
of de
90.2 dBm. 90,2 dBm. This is good enough for RF circuit. Esto es lo suficientemente bueno para el circuito de RF. Fig. La figura. 7 7
shows the transient simulation results with input RF signal muestra los resultados de simulación de transitorios con la entrada de señal RF
at 2.4 GHz and the LO signal at 2.39 GHz. a 2,4 GHz y la señal de 2,39 GHz en la LO. So the output IF Así que la salida de IF
signal is at 10 MHz. la señal se encuentra a 10 MHz. The transient difference output is La salida transitoria, se diferencia
equal to V igual a V
if+ si dura más de
minus V menos V
if- si-
. . Fig. La figura. 8 shows the layout diagram of 8 muestra el diagrama de distribución de
the current mode SCM mixer which occupies the active el modo actual mezclador de SCM que ocupa la activa
area of 0.49 área de 0,49
× ×
0.51 mm 0,51 mm
2 2
including biasing circuits, scribble incluyendo los circuitos de polarización, garabatos
line, testing pads and DC blocking capacitors. de líneas, pruebas almohadillas y DC bloqueo condensadores.
Fig. La figura. 4. Gain of the Mixer vs PLO and a . 4. Aumento de la batidora vs OLP y uno.
i yo
if si
- -
i yo
if si
+ +
Fig. La figura. 3 b 3 b
i yo
rf rf
+ +
i yo
rf rf
- -
V V
LO LO
- -
V V
LO LO
+ +
SCM SCM
V V
LO LO
- -
V V
LO LO
+ +
i yo
rf rf
+ +
i yo
rf rf
- -
Fig. La figura. 3 a 3 bis
i yo
if si
+ +
i yo
if si
- -
a una
a una
a una
a una
switch_4 switch_4
switch_1 switch_1
switch_2 switch_2
switch_3 switch_3
Direction of Switch Dirección de Switch
Direction of Supply Voltage Dirección de la fuente de voltaje
Fig. La figura. 2 b 2 b
Page 4 Página 4
298 298
MINGLIN MA, CHUNHUA WANG, SICHUN DU, LOW VOLTAGE CURRENT MODE SWITCHED-CURRENT-MIRROR MIXER MA MINGLIN, WANG Chunhua, SICHUN DU, alimentadas por corriente modo de bajo Cambiar-ACTUAL-ESPEJO MEZCLADOR
Fig. La figura. 5. Noise of the mixer. 5. El ruido de la batidora.
Fig. La figura. 6. The two-tone analysis of the proposed current-mode 6. El análisis de dos tonos de la propuesta de método de la corriente
mixer. mezclador.
Fig. La figura. 7. The transient analysis of the mixer. 7. El análisis transitorio de la mezcladora.
Fig. La figura. 8. The layout diagram of the SCM mixer. 8. El diagrama de distribución de la batidora SMC.
Tab. Tab. 1 summaries the performance of this design and 1 resume los resultados de este diseño y
lists the performance of the previously published CMOS listas de la ejecución de los artículos publicados anteriormente CMOS
mixers. mezcladores. The current-mode mixer reported in this paper can El mezclador en modo actual se presenta en este documento puede
achieve very low power consumption of 2.2 mW from 1-V alcanzar el poder de consumo muy bajo de 2,2 mW de 1-V
supply. suministro. Compared to current mode mixer [3], this work has En comparación con mezclador de modo actual [3], este trabajo ha
much smaller power consumptions and much smaller mucho menor consumo de energía mucho más pequeña
active area. área activa. Compared to current mode mixer [4], this work En comparación con mezclador de modo actual [4], este trabajo
has much smaller power consumptions and much larger tiene mucho menor consumo de energía y mucho mayor
gain. ganancia.
This work Este trabajo
[3] [3]
[4] [4]
Technology Tecnología
0.18μm CMOS 0.18μm CMOS
0.13μm CMOS 0.13μm CMOS
0.6μm CMOS 0.6μm CMOS
Supply voltage Tensión de alimentación
1 V 1 V
1 V 1 V
1.2 V 1,2 V
Gain (dB) Ganancia (dB)
4.9 ( a = 1 ) 4,9 (a = 1)
1.3 1,3
-8 -8
PIIP3 (dB) PIIP3 (dB)
1.6 1,6
-8.75 -8,75
9.5 9,5
POIP3 (dB) POIP3 (dB)
6.5 6,5
-7.44 -7,44
1.5 1,5
NF (dB) NF (dB)
15 15
-- -
-- -
Power of mixer Poder de la mesa de mezclas
2.2 mW 2,2 mW
3.89 mW 3,89 mW
3 mW 3 mW
Chip Area Chip Espacio
0.5*0.5 mm 0.5 * 0.5 mm
2 2
1.5*1.1 mm 1.5 * 1.1 mm
2 2
0.4*0.4 mm 0.4 * 0.4 mm
2 2
Tab. Tab. 1. Performance summaries and comparisons. 1. Rendimiento resúmenes y comparaciones.
5. 5. Conclusion Conclusión
A CMOS SCM mixer has been presented, which can Un mezclador de SCM CMOS ha sido presentado, lo que puede
operate at 1-V supply voltage in a 0.18μm CMOS tech- funcionar a la tensión de alimentación V-1 en un 0.18μm CMOS tecnología
nology. nología. It requires no voltage headroom across the switch, No requiere espacio libre de tensión en el interruptor,
because the directions of supply voltage and switch are porque las direcciones de tensión de alimentación y el interruptor se
quadrature to each other. cuadratura entre sí. There is no passive component in No hay ningún componente pasivo en
the mixer core, and it is easy to adjust the current conver- el centro del mezclador, y es fácil de ajustar la actual conversión
sion gain. sión de ganancia. All these show that the current mode SCM mixer Todo esto muestra que el modo actual mezclador de SCM
has excellent performance in comparison with other CMOS tiene un excelente rendimiento en comparación con otros CMOS
mixers. mezcladores.
Acknowledgements Agradecimientos
The research described in the paper was financially La investigación descrita en el documento era financieramente
supported by the National Nature Science Foundation of el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de
China under No. 60776021 China bajo el número 60776021
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299 299
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1999, vol. 1999, vol. 34, p. 34, p. 772 - 783. 772 a 783.
About Authors. Acerca de los autores.
Minglin MA was born in Hu Nan, China, in 1978. Minglin MA nació en Hu Nan, China, en 1978. He Él
received the BS degree in electrical engineering from recibió la licenciatura en ingeniería eléctrica de la
Xiangtan University, in 2002, and the MS degree in Universidad de Xiangtan, en 2002, y la maestría en
electrical engineering from Xiangtan University, in 2005. Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Xiangtan, en 200

Nerio ramirez

RADIOENGINEERING, VOL. RADIOENGINEERING, VOL. 18, NO. 18, NO. 3, SEPTEMBER 2009 3, septiembre 2009

Low Voltage Current Mode Switched-Current-Mirror Mixer Voltaje actual modo de bajo Cambiar-actual-Espejo Mixer
Minglin MA Minglin MA
1 1
, Chunhua WANG , Chunhua WANG
2 2
, Sichun DU , Sichun DU
3 3
1 1
School of Computer and Communication Hunan University, Changsha, Hunan PR China Escuela de Informática y Comunicación de la Universidad de Hunan, Changsha, Hunan, República Popular de China
2 2
School of Information Engineering, Xiangtan University, Xiangtan, Hunan PR China Escuela de Ingeniería de la Información, Universidad de Xiangtan, Xiangtan, República Popular China de Hunan
32415684@qq.com, wch1227164@sina.com, Jt_dsc@hnu.cn 32415684@qq.com, wch1227164@sina.com, Jt_dsc@hnu.cn
Abstract. A new CMOS active mixer topology can operate Resumen. Un nuevo CMOS topología activa mezclador puede operar
at 1 V supply voltage by use of SCM (switched current- a 1 V tensión de alimentación por medio de SCM (conmutación de corriente
mirror). espejo). Such current-mode mixer requires less voltage actual modo de batidora de ese tipo requiere menos voltaje
headroom with good linearization. espacio para la cabeza con linealización bien. Mixing is achieved with La mezcla se consigue con
four improved current mirrors, which are alternatively cuatro espejos actuales mejoradas, que son, alternativamente,
activated. activado. For ideal switching, the operation is equivalent Para cambiar ideal, la operación es equivalente
to a conventional active mixer. a un mezclador activo convencionales. This paper analyzes the Este trabajo analiza la
performance of the SCM mixer, in comparison with the desempeño de la mezcladora SCM, en comparación con el
conventional mixer, demonstrating competitive perform- mesa de mezclas convencionales, lo que demuestra la competencia realizar-
ance at a lower supply voltage. librio en una tensión de alimentación inferior. Moreover, the new mixer's Por otra parte, el nuevo mezclador de
die, without any passive components, is very small, and the die, sin componentes pasivos, es muy pequeña, y la
conversion gain is easy to adjust. ganancia de conversión es fácil de ajustar. An experimental proto- Un experimentales proto-
type was designed and simulated in standard chartered tipo fue diseñado y simulado en el Standard Chartered
0.18μm RF CMOS Process with Spectre in Cadence De- RF CMOS 0.18μm proceso con Espectro en la cadencia de De-
sign Systems. Sistemas de signos. Experimental results show satisfactory mixer Los resultados experimentales muestran mezclador satisfactoria
performance at 2.4 GHz. rendimiento a 2,4 GHz.
Keywords Palabras claves
Current mode, switched current mirror, mixer, low el modo actual, cambió espejo actual, mezclador de baja
voltage, receiver, RF circuit. tensión, un receptor, un circuito de RF.
1. 1. Introduction Introducción
The demand of low cost, low power and small size La demanda de bajo costo, baja potencia y pequeño tamaño
circuits has been increasing with extensive researches on circuitos ha ido en aumento con extensas investigaciones sobre
transceivers architecture and RF circuit design, especially transceptores de arquitectura y diseño de circuitos de RF, especialmente
in Bluetooth and 802.11 WLAN areas [1]. Bluetooth y 802.11 WLAN áreas [1]. Furthermore, Por otra parte,
mixer is the core module of RF front end. mezclador es el módulo principal de la interfaz de RF. For a conven- Por una convención
tional mixer, the LNA (Low Noise Amplifier) input FET mesa de mezclas tradicionales, el LNA (Low Noise Amplifier) FET de entrada
converts the incoming signal into current, which then be- convierte la señal de entrada en corriente, que a continuación se-
comes a voltage across the load. Llega un voltaje a través de la carga. This voltage drives the Esta tensión impulsa el
transconductance input of the mixer, which once again transconductancia de entrada del mezclador, que una vez más
converts the signal into current. convierte la señal en curso. Finally, the mixer differen- Por último, el mezclador dife-
tial pairs commutate this current, translating it in fre- cial pares conmutar esta corriente, traduciéndola en fre-
quency, to be read off at the mixer output as voltage [2]. cia, que se leyó en la salida del mezclador como el voltaje [2].
We can see, the IV (traditional LNA output) and VI (Gil- Podemos ver, el IV (tradicional salida de LNA) y VI (Gil-
bert mixer input) conversion are unnecessary, and the con- bert entrada del mezclador) de conversión, son innecesarios, y la cons-
ventional voltage mode mixer can not meet the low volt- tensión mezclador de modo convencional no puede cumplir con el bajo voltaje
age, low power requirement for modern communication la edad, el requisito de baja potencia para la comunicación moderna
system. del sistema. Several techniques exist to solve this problem. Existen varias técnicas para resolver este problema. One Uno
group of these circuits operates based on current-squaring grupo de estos circuitos funciona basándose en corriente cuadratura
circuit [3]. circuito [3]. Because of adding the RF input current and LO Debido a la adición de la entrada de corriente de RF y LO
(Local Oscillator) current together directly, this technique (Oscilador Local) en curso, así directamente, esta técnica
suffers from a very bad isolation between RF and LO. sufre de un mal muy aislada entre RF y LO.
Another group of these circuits operates based on Gilbert Otro grupo de estos circuitos opera sobre la base de Gilbert
mixer. mezclador. Wan Chicheng proposed a parallel current driven Wan Chicheng propuesta impulsada por una corriente paralela
mixer. mezclador. However, the conversion gain is very low [4]. Sin embargo, la ganancia de conversión es muy baja [4]. Eric Eric
AM Klumperink designed a switched transconductor AM Klumperink diseñado un transconductor conmutación
mixer [5]. mezclador [5]. Unfortunately, the output is in voltage mode Por desgracia, la salida está en el modo de voltaje
with an unnecessary IV conversion achieved with a resis- con una innecesaria conversión IV consigue con una resis-
tor load. tor de carga. Here, we propose a current mode mixer process- Aquí, proponemos una corriente modo de batidora de procesos
ing of current signal. ción de la señal actual. Current mode approach has some modo de enfoque actual tiene algunas
advantages, such as extended bandwidth, ease of addition, ventajas, tales como ancho de banda ampliado, la facilidad de adición,
subtraction and multiplication of signals, simple circuit resta y multiplicación de señales, simple circuito
structure, higher dynamic range, suitability of operation in estructura, un mayor rango dinámico, la conveniencia de la operación en
reduced power supply environment, low power consump- de consumo reducido ambiente de suministro, el consumo de baja potencia-
tion, low voltage operation, micro-miniaturization [6]. , operación de bajo voltaje, micro-miniaturización [6].
The contents of this paper are as follows. El contenido de este documento son los siguientes. First, we En primer lugar,
will discuss this mixer-switch problem in Section 2, taking Discutiremos este problema-switch del mezclador en la sección 2, teniendo
a commonly used active CMOS mixer as a starting point. utiliza un mezclador activo CMOS comúnmente como un punto de partida.
The "switched current mirror" mixer will then be proposed El "espejo de corriente conectado" mixer a proponer
in Section 3. en la sección 3. Experimental results on a switched current Resultados experimentales sobre una corriente conmutada
mirror mixer realized in 0.18μm CMOS are reported in mezclador espejo se dio cuenta de 0.18μm CMOS se reportan en
Section 4, while the conclusion is presented in Section 5. Sección 4, mientras que la celebración se presenta en la sección 5.
2. 2. Switch Problem in Conventional Switch problema en Convencionales
Mixers Mesas
Active mixers are commonly used in RF CMOS mezcladores activos son de uso común en RF CMOS
transceiver circuits [6]. circuitos transmisor-receptor [6]. Fig. La figura. 1(a) shows a single balanced 1 (a) muestra una sola equilibrada
version of a simple active mixer configuration. versión de una configuración de mezclador activo simple. It consists Consiste
of a transconductance stage, switches (M de una etapa de transconductancia, interruptores (M
2 2
and M y M
3 3
), and ), Y
a load network. una carga de red. Voltage V Voltaje V
B B
biases the transconductance los prejuicios de la transconductancia
stage at a current I etapa en una corriente I
B B
and transconductance g y transconductancia g
m m
, resulting in , Resultando en
a voltage-to-current conversion from V un a corriente de conversión de voltaje de V
RF RF
to drain–current para drenar la corriente
variation g variación de g
m m
* V * V
RF RF
. . The switches M Los interruptores M
2 2
and M y M
3 3
are driven by son impulsados por
anti-phase LO signals, denoted here as V de lucha contra la fase de las señales de LO, denotada aquí como V
LO LO
+ and V + Y V
LO LO
-. -. To A
mimic multiplication with a square wave with frequency, imitan la multiplicación con una onda cuadrada con la frecuencia,
the LO amplitude must be chosen sufficiently high to fully la amplitud LO debe ser elegida lo suficientemente alto para totalmente
switch the transconductor current to either I cambiar el transconductor actual o yo
O1 O1
or I o yo
O2 O2
. . For Para
the purpose of a first-order functional analysis, we can el propósito de un primer orden análisis funcional, podemos
model the operation of M modelo de la operación de M
2 2
and M y M
3 3
as switches driven by como interruptores impulsado por
the logic signal LO and its inverse, as shown in Fig. la LO señal lógica y su inverso, como se muestra en la figura. 1(b). 1 (b).
Here, the direction of switch current is the same as Aquí, la dirección del interruptor de corriente es la misma que
direction of supply voltage, just like Fig. dirección de la tensión de alimentación, al igual que la figura. 1(c). 1 (c). So, V Por lo tanto, V
dd dd
is es
equal to V igual a V
load carga
(voltage of load) plus V (Tensión de carga), además de V
switch interruptor
( V (V
ds ds
of switch del interruptor
transistor) and V transistor) y V
tran tran
( V (V
ds ds
of transconductance stage). de la etapa de transconductancia).
Page 2 Página 2
296 296
MINGLIN MA, CHUNHUA WANG, SICHUN DU, LOW VOLTAGE CURRENT MODE SWITCHED-CURRENT-MIRROR MIXER MA MINGLIN, WANG Chunhua, SICHUN DU, alimentadas por corriente modo de bajo Cambiar-ACTUAL-ESPEJO MEZCLADOR
Fig. La figura. 1. (a) Conventional Single Balanced Active MOS Mixer 1. (A) Convencionales único MOS Activo Balanced Mixer
(b) Functional Representation for Large Switching (B) Representación funcional para el cambio de gran
Signals, (c) Directions of Supply Voltage and Switch Señales, (c) Cómo llegar la tensión de alimentación y el interruptor
Current. Actual.
This voltage mode circuits operate with high Esta circuitos de voltaje de modo operar con alta
impedance nodes such that voltage swings are large. impedancia de los nodos de tal manera que oscilaciones de tensión son de gran tamaño. In the En el
next section, we propose a current mode mixer requiring siguiente sección, se propone un mezclador de modo actual, que requiere
almost no voltage headroom across the switch. casi no hay espacio para la cabeza de tensión en el interruptor.
3. 3. Switched Current Mirror Mixer Conmutada Mixer espejo actual
Fig. La figura. 2(a) shows the switched-current-mirror. 2 (a) muestra la conmutación de la corriente-espejo. The key La clave
to the new mixer is to make sure that the directions of sup- al mezclador nuevo para asegurarse de que las direcciones de apoyo
ply voltage and switch remain quadrature to each other, capas de tensión y el interruptor de permanecer en cuadratura entre sí,
just like Fig. al igual que la figura. 2(b). 2 (b). Here, V En este caso, V
dd dd
is equal to V es igual a V
bias parcialidad
( V (V
ds ds
of current de las actuales
mirror bias transistor) plus V espejo transistor sesgo), además de V
mirror espejo
( V (V
ds ds
of M de M
1 1
or M o M
2 2
). ). Com- Com-
pared to conventional switching mixer, like Fig. comparación con el cambio mesa de mezclas convencionales, como en la figura. 1(c), 1 (c),
V V nerio ramirez

espejos de corriente

The bias circuit requires the following three groups of transis- El circuito de polarización requiere de los siguientes tres grupos de transistores-
tors to be identical: M4 and M10-M13, M2 and M14-M17, res que ser idénticos: M4 y M13-M10, M2 y M14 M17,
and M1, M6, and M18-M21. y M1, M6, M18 y M21. The above analysis and (2) – La citada evaluación, y (2) -
(4) demonstrate that (4) demostrar que
V V
GSM GSM
18 18
converges to converge a
V V
GSM GSM
1 1
, forcing , Obligando a
V V
DSM DSM
6 6
V V
GSM GSM
1 1
. . As shown by (3), the effect of Como se indica por (3), el efecto de
V V
in en
on the en el
output is diminished by the magnitude of the transconductance la producción se ve disminuida por la magnitud de la transconductancia
and output resistance of each transistor along the feedback path y resistencia de salida de cada transistor a lo largo del camino de realimentación
(see Figure 3). (Ver Figura 3). Thus Así
V V
out fuera
0 0
, which is equivalent to , Lo que equivale a
R R
o o
infinity, as shown by (3) and (4). el infinito, como lo muestra (3) y (4). These formulae confirm the Estas fórmulas confirmar la
aforementioned qualitative analysis of the feedback loop. análisis cualitativo de la mencionada circuito de retroalimentación.
A minimal oscillation is expected around the equilibrium Una oscilación mínima se espera alrededor del equilibrio
point due to the influence of punto debido a la influencia de
V V
in en
through the feedback loop. a través del circuito de retroalimentación. An- An-
other influence to be noted, albeit minimal, is due to the nonide- otra influencia que señalar, aunque sea mínimo, se debe a la nonide-
alities of the current sources I . personalidades destacadas de las fuentes de corriente I. To reduce the oscillation, a larger Para reducir la oscilación, una mayor
W/L ratio for the bias circuit transistors is necessary. W / L para el circuito de transistores sesgo es necesario. Also, the Además, el
bias circuit may require frequency compensation. circuito de polarización podrá exigir una indemnización de frecuencia.
For the down mirror, a similar loop exists through an iden- Por el espejo hacia abajo, un bucle similar existe a través de una iden-
tically dedicated bias circuit. ticamente dedicada circuito de polarización. Here, M22 (see Figure 2) is Aquí, M22 (ver Figura 2) es
similar to the mirror transistor M6 of the up mirror, giving similar a la del transistor M6 espejo del espejo, dando
I Yo
DSM DSM
22 22
= =
I Yo
DSM DSM
1 1
. . This current biases the M22-M23-M24 Este sesgo actual de la M22-M23-M24
column such that de tal manera que la columna
V V
GSM GSM
24 24
= =
V V
DSM DSM
7 7
= =
V V
GSM GSM
8 8
, making , Lo que hace
I Yo
DSM DSM
7 7
= =
I Yo
DSM DSM
1 1
= =
I Yo
DSM DSM
6 6
. .
II-315 II-315
0-7803-5474-5/99/$10.00(C)1999 IEEE 0-7803-5474-5/99 / $ 10.00 (C) 1999 IEEE
Page 3 Página 3
The down mirror can be terminated with a current divider (di- El espejo de Down puede ser terminada con un divisor de corriente (di-
vision by two in Figure 2). visión a las dos de la Figura 2). Using two identical paths, namely El uso de dos caminos idénticos, a saber,
M25 to M26 and M27 to M28, an accurate division is obtained. M25 a M26 y M27 a M28, una división exacta se obtiene.
The resulting half current, La media resultante actual,
I Yo
DSM DSM
28 28
, can be repeatedly divided , Puede ser dividida en varias ocasiones
using the same methodology. utilizando la misma metodología. As described by (1), in order to Según lo descrito por (1), con el fin de
use the same bias circuit for the following mirroring and divi- utilizar el circuito de polarización para el mismo reflejo siguiente y divi-
sions, M26 and M28 must be sized by W/2. nes, M26 y M28 deben tener el tamaño de W / 2. By subsequently Por posteriormente
dividing the current, a series of reference currents is obtained, dividir la corriente, una serie de corrientes de referencia se obtiene,
appropriate for high precision A/D and D/A converters. apropiado para la alta precisión de A / D y D / A.
III. D III. D
ESIGN ISEÑO
C C
ONSIDERATIONS CONSIDERACIONES
The design process consists of properly designing the refer- El proceso de diseño consiste en diseñar adecuadamente la refe-
ence cell according to the specific requirements of the appli- cia de células de acuerdo a las necesidades específicas de la aplica-
cation, and in satisfying simple rules in sizing the transistors cación, y en el cumplimiento de reglas simples en el tamaño de los transistores
within the circuit. dentro del circuito. In the reference cell (see Figure 2), En la celda de referencia (ver Figura 2),
I Yo
DSM DSM
3 3
is the reference input current. es la entrada de referencia actual. Proper reference voltages Adecuada tensiones de referencia
V V
M M
3 3
and y
V V
M M
5 5
are assumed to be provided. Se supone que debe proporcionarse. Typically, Por lo general,
V V
M M
5 5
= 2 = 2
V V
M M
3 3
or higher. o superior. M2 is a buffer transistor, and all the power supply M2 es un transistor de amortiguamiento, y toda la fuente de alimentación
variations affect variaciones afectan
V V
DSM DSM
2 2
. . Considering a constant Teniendo en cuenta una constante
I Yo
DSM DSM
3 3
, the , La
V V
DD DD
variations reflected on reflejada en las variaciones
V V
DSM DSM
2 2
result in a variable resultado en una variable
I Yo
DSM DSM
1 1
, ,
which is the initial reference current for the circuit. que es la referencia inicial para el circuito actual. If a rel- Si una rel-
ative value for ativa de valor
I Yo
DSM DSM
1 1
is appropriate for the application, then es apropiado para la aplicación y después
no modifications are necessary. sin modificaciones necesarias. If a constant Si una constante
I Yo
DSM DSM
1 1
is needed, es necesario,
however, a current source for Sin embargo, una fuente de corriente para
I Yo
DSM DSM
3 3
must be designed that will debe ser diseñado de forma que se
consider variations in variaciones considerar en
I Yo
DSM DSM
1 1
due to variations in debido a variaciones en
V V
DSM DSM
2 2
. . How- ¿Cómo-
ever, even in high precision converters, a constant Sin embargo, incluso en los convertidores de alta precisión, una constante
I Yo
DSM DSM
3 3
can puede
be used if the voltage to current converter of the input signal is ser utilizado si el voltaje de convertidor de corriente de la señal de entrada es
designed such that the input current varies with diseñarse de manera que la corriente de entrada varía con
V V
DD DD
over an más de un
equivalent equivalente
V V
DSM DSM
2 2
. .
In order to satisfy these design goals, Para satisfacer estos objetivos de diseño,
M M
1 = 1 =
M M
6 = 6 =
M M
18 = 18 =
M M
19 = 19 =
M M
20 = 20 =
M M
21 = 21 =
M M
22 22
, ,
M M
2 = 2 =
M M
14 = 14 =
M M
15 = 15 =
M M
16 = 16 =
M M
17 17
, ,
M M
23 = 23 =
M M
9 9
, and , Y
M M
4 = 4 =
M M
10 = 10 =
M M
11 = 11 =
M M
12 = 12 =
M M
13 = 13 =
M M
8 = 8 =
M M
7 = 7 =
M M
24 24
must be satisfied. deben ser satisfechas. In the En el
initial cell, large sizes are recommended in order to permit high célula inicial, el gran tamaño se recomienda a fin de permitir altas
precision and tolerance to process parameter variations. precisión y tolerancia a variaciones de los parámetros proceso. For the Por el
circuit to function properly, all transistors must operate in satu- circuito para que funcione correctamente, todos los transistores deben operar en satu-
ration all the time. ración de todo el tiempo.
M14 M14
M10 M10
M18 M18
M19 M19
M20 M20
M21 M21
M15 M15
M16 M16
M17 M17
M11 M11
M12 M12
M13 M13
M2 M2
M3 M3
M1 M1
M0 M0
Fig. La figura. 4. 4. The bias circuit used after a division El circuito de polarización usado después de una división
After a division, the reference current for the second cur- Después de una división, la referencia actual para el segundo cur-
rent mirror divider is espejo divisor de alquiler es
I Yo
DS DS
= =
2 2
. . M28 replaces M1 as the refer- M28 sustituye M1, según la refe-
ence transistor, and the transistor sizes of this cell are referenced cia de transistores, y los tamaños de los transistores de esta célula se hace referencia a
accordingly. en consecuencia. As mentioned previously, the larger the transistor Como se mencionó anteriormente, la más grande del transistor
sizes in the bias circuit, the higher the precision obtained. tamaños en el circuito de polarización, mayor será la precisión obtenida. The El
proper relative sizing depends on the specific performance re- dimensionamiento relativa adecuada depende del rendimiento específicos re-
quirements of the application. exigencias de la solicitud.
Due to short-channel effects such as velocity saturation and Debido a canal efectos a corto, como la saturación de la velocidad y la
mobility degradation as well as short-width effects, (1) does not la movilidad de la degradación, así como la anchura de los efectos a corto, (1) no
hold for high precision applications. mantenga para aplicaciones de alta precisión. In order to provide the Con el fin de proporcionar la
highest precision after a division, the circuit shown in Figure 4 precisión más alta después de una división, el circuito que se muestra en la Figura 4
is used for the bias circuits of the following cell. se utiliza para los circuitos de polarización de la celda siguiente. Instead of the En lugar de la
M18-M21 group of transistors of size W, each transistor is re- M18-M21 grupo de transistores del tamaño de W, cada transistor es re-
placed by a group of two transistors in parallel, each sized W/2, colocada por un grupo de dos transistores en paralelo, cada uno de tamaño W / 2,
with each group of two transistors sinking the same current as con cada grupo de dos transistores de la misma corriente se hunde como
the initial single transistor while providing the correct bias. el single inicial del transistor mientras que proporciona la polarización correcta.
Every up mirror, down mirror, or division requires a bias cir- Cada espejo arriba, abajo del espejo, o la división requiere un sesgo de cir-
cuit which uses large transistor sizes. cuit que utiliza transistores de gran tamaño. This requirement means Este requisito significa
large area and dissipated power, since the bias circuits operate gran superficie y potencia disipada, ya que los circuitos de polarización operar
with a high initial reference current ( con una referencia inicial de alta corriente (
I Yo
DSM DSM
1 1
), no matter what ), Sin importar lo que
current is mirrored or divided. actual es reflejado o dividida. A bias circuit operating at small Un circuito de polarización de funcionamiento a las pequeñas
currents with small transistors will require a constant correc- corrientes con pequeños transistores requieren una constante corrección
tion factor applied to the mirrored current, the advantage being ción factor aplicaron a los actuales reflejado, la ventaja de ser
smaller area and power, the disadvantage being the aforemen- superficie más pequeña y el poder, la desventaja es la menciona-
tioned problems and imperfections. problemas mencionados y las imperfecciones. In the case of a converter, En el caso de un convertidor,
these corrections can be implemented by a digital post process- estas correcciones pueden ser aplicadas por un proceso de post-digital
ing of the converted sample, saving power and area. ción de la muestra convertido, de ahorro de energía y el área. However, Sin embargo,
special care must be given to the aforementioned oscillation, especial cuidado se debe dar a la oscilación antes mencionados,
which increases with smaller size transistors. que aumenta con transistores de menor tamaño.
IV. S IV. S
IMULATION IMULATION
R R
ESULTS ESULTADOS
Circuit simulations based on Cadence-Spectre and a 1.2 Circuito de las simulaciones basadas en la cadencia y el 1,2-Espectro un
m m
CMOS technology are described in this section. La tecnología CMOS se describen en esta sección. In order to ob- Con el fin de ob-
serve the aforementioned oscillation, minimum size transistors servir a la oscilación mencionada, el tamaño mínimo de transistores
are used. se utilizan. M5 is 1.8 M5 es de 1,8
m/1.2 m/1.2
m and the remaining transistor m y el transistor restantes
ratios, except for M26 and M28, are 19.2 proporciones, a excepción de M26 y M28, son 19,2
m/1.2 m/1.2
m. m. M26 M26
and M28 are 9.6 y M28 son 9,6
m/1.2 m/1.2
m. m.
I Yo
1 1
= 200 = 200
A and A y
I Yo
DSM DSM
1 1
for para
V V
DD DD
= 10 = 10
V is 512 V es de 512
A, a A, un
2 2
n n
value in view of the subsequent valor teniendo en cuenta la posterior
divisions by 2. divisiones por 2.
Fig. La figura. 5. 5. Transient waveforms for the reference, up, down, and Transitorio formas de onda de la referencia, arriba, abajo, y
divided currents, respectively. corrientes divididas, respectivamente.
The reference, up, down, and divided current values, respec- La referencia, arriba, abajo, y se dividen los valores actuales, respectivamente,
tively, are shown in Figure 5. respectivamente, se muestran en la Figura 5. The current values are, as shown, Los valores actuales son, como se muestra,
I Yo
ref árbitro
= 512 = 512
: :
017 017
A, A,
I Yo
up hasta
= 512 = 512
: :
019 019
A, A,
I Yo
down abajo
= 512 = 512
: :
019 019
A, and A, y
I Yo
divided dividido
= 256 = 256
: :
009 009
A. Note the excellent precision A. Obsérvese la excelente precisión
of the mirroring and the oscillation, which in the worst case (for de la creación de reflejo y la oscilación, que en el peor de los casos (por
the down mirror) is 0.001 el espejo hacia abajo) es de 0,001
A in magnitude. Una magnitud. The bias circuit El circuito de polarización
is compensated with capacitors at the drain of M6, gate of M9, se compensa con los condensadores a la fuga de M6, puerta de la M9,
drain of M8, and gate of M25, and practically no oscillation is drenaje de M8 y puerta de M25 y prácticamente no es la oscilación
observed. observó. Decreasing the size of the transistors, however, re- Disminuir el tamaño de los transistores, sin embargo, re-
quires the capacitors to have a value of up to 1.5 pF for a 9.6 requiere que los condensadores tienen un valor de hasta 1,5 pF de 9,6
II-316 II-316
0-7803-5474-5/99/$10.00(C)1999 IEEE 0-7803-5474-5/99 / $ 10.00 (C) 1999 IEEE
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m/1.2 m/1.2
m transistor to remove any oscillation. transistor m de quitar cualquier oscilación. A higher ac- Un mayor ac-
curacy is obtained by increasing the size of the transistors. curato se obtiene al aumentar el tamaño de los transistores. The El
same currents as shown in Figure 5 are observed when mismas corrientes, como se muestra en la Figura 5 se observa cuando
V V
DD DD
is es
swept from a minimum value for which all transistors are still barrido de un valor mínimo por el que todos los transistores son todavía
saturated to an arbitrarily larger value. saturadas a un mayor valor de manera arbitraria. No circuit related upper Ningún circuito relacionados con la parte superior
limit exists, however, a technological limit exists, such as the límite existe, sin embargo, existe un límite tecnológico, como la
breakdown voltage. disruptiva. The expected La espera
I Yo
DSM DSM
1 1
variation due to the variación debido a la
V V
DSM DSM
2 2
variation assuming a constant suponiendo una constante variación
I Yo
DSM DSM
3 3
is noted. Se toma nota. The ex- El ex-
cellent equality and division among the currents over the entire celente la igualdad y la división entre las corrientes para todo el
sweep range is also noted. rango de barrido también se observa. In the aforementioned order of cur- En el citado auto de la actual-
rents, all in los alquileres, todo ello en
A, values of 505, 505, 505, 252.5 for A, los valores de 505, 505, 505, 252,5 para
V V
DD DD
=5 = 5
V V
to 525, 525, 525, 262.5 for a 525, 525, 525, 262,5 para
V V
DD DD
=20 = 20
V are observed. V se observan.
Differences exist from using a standard bias circuit after a Existen diferencias del uso de un circuito de polarización estándar después de una
division as compared to using the recommended bias circuit la división en lugar de utilizar el circuito de polarización recomienda
shown in Figure 4. muestra en la Figura 4. For the two circuits, differences in the up Para los dos circuitos, las diferencias en la UP
mirrored divided current as compared to the divided current of reflejada dividida actual en comparación con el actual dividido de
256.01 256,01
A are observed. Una se observan. The improvement is from 255.85 La mejora es de 255,85
A Un
for the case where the standard bias circuit is used to the same para el caso en el sesgo del circuito utilizado es el estándar a la misma
current as the reference current of 256.01 actual como la referencia actual de 256,01
A for the case where Una para el caso en
the balanced bias circuit is used. el circuito de polarización se utiliza equilibrada. The improvement in accuracy La mejora en la precisión
due to the use of the bias circuit from Figure 4 can be explained debido al uso del circuito de polarización de la Figura 4 se puede explicar
by observing the operating point of M6. mediante la observación del punto de funcionamiento de M6. According to (1), De acuerdo con (1),
I Yo
DS DS
= =
2 2
is expected since a W/2L transistor ratio is used. Se espera desde hace una relación de transistor W/2L se utiliza. Due Debido
to short channel and short width effects, the normal bias circuit al canal de corto y los efectos a corto anchura, el circuito de polarización normal
produces a slightly different output voltage ( produce una salida de tensión ligeramente diferentes (
V V
GSM GSM
18 18
). ). In the En el
two cases analyzed under the same bias and sizing conditions, dos casos analizados en el marco del mismo sesgo y el tamaño de condiciones,
M6 has a bias of M6 tiene un sesgo de
V V
GS GS
= =
V V
GSref GSref
= 2 = 2
: :
532 532
V, V,
V V
DS DS
= 2 = 2
: :
522 522
V, V,
and y
I Yo
DS DS
= 255 = 255
: :
85 85
A for the standard bias circuit. A para el circuito de polarización estándar. While us- Mientras que nosotros-
ing the balanced bias circuit shown in Figure 4, the equilibrium ción el circuito de polarización equilibrada muestra en la Figura 4, el equilibrio
is reestablished and M6 has a bias of se restablece y M6 tiene un sesgo de
V V
GS GS
= =
V V
GSref GSref
= 2 = 2
: :
532 532
V, V,
V V
DS DS
=2 = 2
: :
532 532
V, and V, y
I Yo
DS DS
= 256 = 256
: :
01 01
A. A.
V. P V. P
ERFORMANCE ESEMPEÑO
C C
OMPARISON OMPARACIÓN
A comparison with previous work may be useful, though dif- Una comparación con trabajos anteriores pueden ser útiles, aunque dife-
ficult, due to the individuality of the current mirror topology. cil, debido a la individualidad de la topología de espejo de corriente.
However, a comparison with a high precision current mirror, re- Sin embargo, una comparación con una alta precisión espejo actual, re-
ported in [5], is described here. portado en [5], se describe aquí. In [5], comparison with previ- En [5], la comparación con ante-
ous related work was also made. trabajos relacionados con las unidades organizativas también se hizo. The work described in [5] was El trabajo descrito en [5] se
shown to have notable advantages. demostrado tener ventajas notables.
TABLE I CUADRO I
U U
P MIRROR PERFORMANCE COMPARISON WITH ESPEJO DE RENDIMIENTO COMPARACIÓN CON P
IAFCCM [5] IAFCCM [5]
Issue Cuestión
Up Mirror Hasta Espejo
IAFCCM [5] IAFCCM [5]
Mirroring error Reflejo de error
0.00022% 0,00022%
0.02% 0,02%
Supply voltage Tensión de alimentación
0 0
0.015% 0,015%
dependency dependencia
Mirroring accuracy Reflejo de la exactitud
NO NO
YES SÍ
dependency on dependencia de los
I Yo
in en
Largest transistor Más grande de transistores
19.2 19,2
m m
300 300
m m
width ancho
Number of transist. Número de tránsito y el transporte.
15 15
9 9
Total width of Anchura total de la
288 288
m m
1650 1650
m m
all transistors todos los transistores
L=1.2 L = 1,2
m m
L=3,9 L = 3,9
m m
Dissipated power Potencia disipada
30mW 30mW
20 20
mW mW
( 500 (500
A) A)
R R
o o
(qualitative) (Cualitativa)
g g
m m
r r
o o
4 4
g g
m m
r r
o o
2 2
The ping-pong facility of the topology proposed in this paper La instalación de ping-pong de la topología propuesta en este documento
should also be noted, in which the up and down current can be También hay que señalar, en el que el arriba y abajo de corriente pueden
repeatedly mirrored with almost no error. reflejado en varias ocasiones con casi ningún error. This capability per- Esta capacidad por-
mits the development of a series of reference currents useful in mite el desarrollo de una serie de corrientes de referencia útil para
high speed converters. convertidores de alta velocidad. In Table I, the up mirror of the present En la Tabla I, el espejo del presente
topology is compared to the circuit described in [5], IAFCCM. topología es en comparación con el circuito descrito en [5], IAFCCM.
Note the difference in the sizes of the transistors between the Observe la diferencia en el tamaño de los transistores entre el
two circuits, which is disadvantageous for the topology intro- dos circuitos, que es desfavorable para la topología de la intro-
duced here. producidos aquí. Larger sizes, as mentioned, would further improve Los tamaños más grandes, como se mencionó, podrían mejorar aún más
the performance of the proposed circuit. el rendimiento del circuito propuesto. Note in Table I the Nota en el cuadro I, los
minimum two orders of magnitude higher accuracy and no mea- mínimo de dos órdenes de magnitud mayor precisión y sin medi-
surable mirroring supply voltage dependency and mirroring ac- reflejo de la oferta surable tensión dependencia y de creación de reflejo de ca-
curacy dependency on curato dependencia
I Yo
in en
. .
VI. C VI. C
ONCLUSIONS ONCLUSIONES
The CMOS current mirror/divider circuit topology presented El actual espejo CMOS / topología de circuito divisor presentado
in this paper provides improved performance and offers an en el presente documento se ofrece un mejor rendimiento y ofrece una
added capability for switching the up and down current (the capacidad adicional para cambiar de arriba y abajo actual (el
ping-pong facility), applicable to certain high precision analog ping-pong de instalaciones), aplicable a los altos analógico cierta precisión
and mixed signal circuits. y circuitos de señal mixta. The current mirror circuit offers a El circuito ofrece un espejo actual
high design precision in up and down mirroring and in division, precisión del diseño de alta en el espejo de arriba a abajo y en la división,
and no measurable supply voltage dependency and mirroring ac- y sin suministro de medir la dependencia de la tensión y la creación de reflejo de ca-
curacy dependency on the input current, curato dependencia de la corriente de entrada,
I Yo
in en
. . However, to obtain Sin embargo, para obtener
the predicted accuracy, transistor matching is required. la exactitud predijo, igualando transistor es necesario. As men- Así como los hombres-
tioned, the larger the transistor sizes, the better the matching, mencionados, mayor será el tamaño del transistor, mejor será el juego,
minimizing the sensitivity to process variations and increasing reducir al mínimo la sensibilidad a las variaciones del proceso y el aumento de
the circuit accuracy. la precisión del circuito. Another advantage of the proposed circuit Otra de las ventajas del circuito propuesto
is that the transistor matching can be made in standard, well es que el juego de transistores se pueden hacer en la norma, así
defined sizes. tamaños definidos. The cost of this circuit is an increase in power El costo de este circuito es un aumento del poder
dissipation, and possibly, an increase in area. la disipación, y posiblemente, un aumento de la superficie. Another possible Otro posible
advantage is the capability of obtaining a series of four reference ventaja es la capacidad de obtener una serie de cuatro referencia
currents, each half of the previous current, by reducing the size corrientes, cada mitad de la corriente anterior, al reducir el tamaño
of all the transistors (see Figure 2) from W to only W/2. de todos los transistores (ver Figura 2) de W a sólo W / 2. This Esta
capability eliminates, even in high precision converters, any as- capacidad elimina, incluso en los convertidores de alta precisión, de las que se-
pect ratio problems. relación de problemas sospechosa. In summary, this current mirror topology En resumen, esta topología espejo actual
provides an important enhancement in performance and capa- proporciona una mejora importante en el rendimiento y la capa-
bility for application to higher precision, lower cost converters. lidad para su aplicación a una mayor precisión, menor coste de transformación.
R R
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II-317 II-317
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Texto original en inglés:
range, straightforward design, and the possibility of con-
Proponer una traducción mejor
nerio ramirez