En los pocos libros de texto que estoy leyendo sobre diseño analógico de CMOS, todos parecen tener corrientes de referencia de \ $ 10 \ mu A \ $ o similares que se reflejan, y no parece haber ninguna discusión sobre cómo esto se llegó al valor de referencia.
¿Hay alguna ciencia para elegir estos números actuales de sesgo? ¿Por qué no es \ $ 1 \ mu A \ $, o \ $ 200nA \ $ o algo para ahorrar energía?
En primer lugar, también se utilizan corrientes de polarización en el rango de 1uA o inferior. Simplemente no es tan común.
La corriente en un circuito está determinada por una serie de factores, como el ancho de banda y el ruido. Esto da como resultado corrientes típicas que están en el rango de unos pocos uA hasta unos pocos mA. Estas corrientes deben derivarse de una corriente de referencia y tener la corriente de referencia en un rango similar facilita esta tarea.
Derivar 100uA a partir de 200nA significaría un factor de escala de 500. Esto no es práctico porque tal relación introduce variaciones más grandes debido al desajuste. Y generalmente no tiene sentido guardar 1uA cuando el circuito necesita unos cientos de uA.
Con respecto a la falta de coincidencia en un espejo de corriente, también es importante minimizar la transconductancia a la relación de corriente del transistor. Para este fin, para los transistores MOS se requiere una corriente mínima, para obtener un voltaje de overdrive suficientemente alto.
La respuesta simple es la compensación de ruido. Los problemas de ruido generalmente se olvidan en el diseño del circuito digital (debido a que la relación señal-ruido es suficientemente alta), pero cuando son importantes (por ejemplo, amplificadores de alta ganancia) importan mucho.
En un MOSFET, dos fuentes principales de ruido son ruido térmico en el canal y < a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Flicker_noise"> ruido de parpadeo . Hasta el día de hoy nadie entiende completamente de dónde proviene el ruido intermitente (ruido rosa), pero afortunadamente podemos medirlo y modelarlo.
Cuando los voltajes de ruido y las corrientes de ruido alcanzan un tamaño similar al de los voltajes y corrientes de funcionamiento, causan estragos en su circuito, porque su comportamiento es totalmente aleatorio. ¿Quién quiere un circuito que haga cosas al azar? Sólo los criptógrafos ...
Eliminar el ruido es un arte complejo, pero en los circuitos típicos, resulta que el ruido total suele ser inversamente proporcional a la corriente y proporcional al ancho de banda.
Por lo tanto, el diseñador elige una corriente (polarización) lo más baja posible (para ahorrar energía) pero lo suficientemente alta para cumplir con los comportamientos de señal a ruido y ancho de banda requeridos de la aplicación.