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Specchio di Corrente Cascode vs. Specchio Semplice MOSFET: Perché il Cascode Vince sulla Resistenza in Uscita

Il Problema Centrale: Resistenza in Uscita Finita

Uno specchio di corrente MOSFET semplice (due FET abbinati, gate e sorgenti collegati) ha resistenza in uscita ro = 1/(λID). Per i MOSFET a canale corto moderni, λ è grande → ro è bassa (10–100 kΩ). Ciò causa:

Specchio di Corrente Cascode: Struttura e Meccanismo

 Specchio Semplice: Specchio Cascode: ┌─── M3 (cascode) Iref ──[M1]──┐ Iref ──[M1]──┐ │ │ │ M2 (uscita) M2 │ │ │ │ GND GND │ │ M4 (bias) ── Vbias 

Perché il Cascode Aumenta la Resistenza in Uscita

Vantaggi Addizionali del Cascode

ParametroSpecchio SempliceSpecchio Cascode
Resistenza in uscitarogmro² (100×–10.000×)
Oscillazione tensione di uscita (min)VDS(sat)2×VDS(sat) + VGS3 - Vth (più alta)
Sensibilità all'abbinamentoAlta (ΔVDS → ΔI)Bassa (VDS di M2 fissato)
DistorsioneModerataInferiore (M2 in regione lineare)
Stabilità (effetto Miller)Cgd al nodo di uscitaCgd2 bootstrappato, Cgd3 a nodo a bassa impedenza
Tensione di alimentazione minimaBassaPiù alta (necessita spazio per 2 VDS(sat) + VGS)

Compromesso di Progettazione: Spazio di Testa

Quando Usare l'uno o l'Altro

Conclusione

Lo specchio di corrente cascode utilizza un transistore common-gate per fissare la tensione di drenaggio del transistore specchio, moltiplicando la resistenza in uscita per gmro. Questa è la tecnica più importante per il design di IC analogici di alta precisione. Il costo in spazio di testa vale solitamente il miglioramento 100× nella costanza di corrente.

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