模擬電路應用（二）diode
話說，大家會不會覺得這樣反覆折騰一個東西太弱雞了？……額，不管怎麼說，作者君已經辛辛苦苦截圖了，還是不要浪費了的好吧！
作者君因為長期搗鼓Bandgap前端，最近又在折騰傳統的啟動電路，因此對diode又有了一些感覺。我們還是從公式看起比較規範哈！
一個diode的等效電阻：
當電流非常小的時候，等效電阻非常巨大；而當電流非常大的時候，等效電阻會下降很快。
所以，作者君就掃了一下電流，就是一個pmos 的diode，頭上放一個理想電流源，然後DC sweep這個bias電流，從1pA到1mA，得到了下面這個圖：
為了做個比較，作者君量了一下這個800nm/10um的pmos在1uA時候的電壓，比較接近1V，所以作者君加上了一個理想的1M歐姆電阻的電壓線，就是上面圖裡淺紫色虛線；然後還有理想的電阻值，就是那根橫著的黃線。
所以，大家可以清楚的看到diode等效電阻的變化：電流1pA的時候，等效電阻達到了70多GOhm；然後在1mA的時候，電阻只有232kOhm；中間有個極小值，應該是因為隨著電流越來越大，各種次級效應變得顯著了。不管怎麼說，這個diode的oxide肯定不能扛到幾百V這麼大的電壓吧！
然後，作者君就試了試，如果一個傳統的resistor ladder被diode替代，結果會是怎麼樣呢？
更無語的是：這個紅線還不是monotonous的！
作者君很不甘心啊！這個body effect咋就這樣呢？要不看看Vth到底咋變的？
這樣看來，如果想拿到一個精確的跟VDD有關的電壓值，diode似乎不是一個好的選擇。
可能你會問了：寫了這麼多，你到底要拿diode幹什麼呢？
別急！作者君說了，start up裡面可以用呢！那如何用呢？
我們還是先來看看一個傳統的start up：
作者君試了試三種情況：ZL被short（綠色），ZL是個電阻（紅色），ZL是個diode（藍色）：
如果ZL被short的話，當V1t很高的時候，流過M1的電流可以達到87uA。這樣的值，對於一個low power的電路來說，確實是大了點。
因此，作者君就開始想，如何把這個瞬態電流減小一些呢？
加個diode試試看？
於是，作者君加上了一個1um/1um的diode，放在ZL那個地方。這樣，瞬態電流被減小到了40uA。然後為了找到對應的電阻值，作者君試了一下，發現大概電阻等於26.97kOhm的時候, 也就是W=0.5um, L=38.16um，或者是 W=0.2um, L=13.26um. (面積是2.652um2)的時候，瞬態電流差不多大。
最下面那個紅色，對應的是當電阻被加到1MOhm的時候，相應的電流（2uA）和電壓值。
稍微簡單的比較一下，diode的面積是1，而resistor的面積是2.652um2或者19.08um2。
咦，這樣看起來，diode倒是省了一些面積哦！
別急！這個電阻還不是最大的，最大的是Rst。
一個簡單的計算：如果在穩態的時候，我希望啟動電路只耗掉100nA的電流，然後VDD是3.3V，然後為了把M1完全關斷，V1t最多100mV，那麼這個Rst應該多大呢？
（3.3-0.1）/100n=33MOhm
親，你是在開玩笑嗎？
你知道33MOhm的電阻多大嗎？
作者君用的110nm工藝，典型的poly resistor，W是200nm的時候，L有5mm多了……
還想tradeoff一下，給300nA的電流好不好？還有11MOhm……
吼吼，作者君就想起來上面折騰的這些diode了。4ndiode in series,每個是 0.5um/10um，就可以基本拿到跟11MOhm的resistor差不多的transient電流波形了。
PS：啟動電路裡面的ZL除了限制瞬態大電流之外，還有一個目的：減小穩態的leakage current。當電路的工作點都差不多建立好之後，理想的情況下，M1應該被完全關斷。但是怎麼也有一些leakage current。如果你覺得幾百pA是可以接受的，那就short那個ZL好了。不過，要是你的電路是low power的，幾百pA還是有點驚人。重新想想上面diode的等效電阻，當電流很小的時候，diode是個大電阻。這樣的話，ZL上的壓降，怎麼也可以狠狠的把M1的Vds壓下去了。然後，作者君就發現，加了diode之後，leakage大概就幾個pA這樣了。嘿嘿，不錯哦！
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