CMOS模拟集成电路设计ch电流镜实用.pptx

电 流 源AIC中经常需要电流源对电流源的要求电流值能由设计者方便地设定在某一期望值，并且电流值的偏差能被控制在一定范围内（不随工艺、电源、温度变化）如何实现易设定、精确、稳定？第1页/共19页怎样偏置M2？第2页/共19页基于电阻分压的电流源VDD的变化会直接影响电流的大小。而且阈值电压工艺上存在偏差（可达100mV），如过饱和电压VOV取典型值200mV，则若VTH改变50mV，则IOUT改变44！电流值对工艺、电源、温度等变化敏感，电流值对工艺、电源、温度等变化敏感，无法精确、稳定，很难实用无法精确、稳定，很难实用第3页/共19页基于基准电流的电流源IREF基准电流由专门的电路来产生，如带隙基准源（第11章），基准电流的电流值精确、稳定（对PVT不敏感）比例复制IREF到需要的地方，产生所需电流复制方法是先把IREF转换为电压，再由该电压转换为电流电流镜第4页/共19页基本电流镜比例复制若IREF精准、稳定，并合理设计M1管和M2管的尺寸和位置，使它们的VTH、n、COX等工艺参数匹配度高、W/L比值在一定精度内，则可获得精确并且稳定的Iout第5页/共19页第6页/共19页沟道长度调制效应使得电流镜存在误差共源共栅电流镜为了抑制沟调效应的影响，可以采用共源共栅结构。第7页/共19页共源共栅电流镜消耗了电压余度 忽略衬偏效应且假设所有晶体管都是相同的，则 P点所允许的最小电压值等于VP=比较于比较于余度损耗的共源共栅电流镜余度损耗的共源共栅电流镜最小余度损耗的共源共栅电流源最小余度损耗的共源共栅电流源第8页/共19页低压工作（大输出摆幅）的共源共栅电流镜 Vb由额外的偏置电路产生，Vb应稍稍大于VGS2+(VGS1-VTH1)（设计中留出余量以确保M1M1和和M2M2处于饱和区处于饱和区）第9页/共19页有源电流镜不损失增益的情况下实现单端输出电流源负载的差动对电流镜负载的差动对如果单端输出增益则降低一半第10页/共19页Vin1-Vin2足够负时，M1、M3和M4均关断，M2和M5工作在深线性区，Vout=0n n随随V Vin1in1-V-Vin2in2增长，增长，MM1 1开始导通，使开始导通，使I ID5D5的一部的一部分流经分流经MM3 3，MM4 4开启，开启，V Voutout增长增长n n当当V Vin1in1和和V Vin2in2相当时，相当时，MM1 1和和MM2 2都处于饱和区，都处于饱和区，产生一个高增益区产生一个高增益区n n当当V Vin1in1-V-Vin2in2变得更正时，变得更正时，I ID1D1，|I|ID3D3|，|I|ID4D4|，I ID2D2 ，V Voutout继续增加继续增加继续增加继续增加n n当当V Vin1in1-V-Vin2in2足够正时，足够正时，MM2 2关断，关断，MM4 4的电流为的电流为 零且处于深线性区，零且处于深线性区，V VoutoutV VDDDD大信号分析第11页/共19页虽然不对称，仍然使用虚地的假设，大大简化了计算和理解小信号分析第12页/共19页小信号分析P点其实并不是理想的交流地从Vin到VX和VY的增益差别很大，VX和VY的摆幅差别很大，使得VX和VY对VP的作用(通过ro1，ro2）不能互相抵消第13页/共19页那么怎样求增益Av？教材上给出了两种方法：方法一：求出等效跨导Gm和输出电阻Rout，得到Av 方法二：用戴维南定理等效输入信号后计算 从这两种方法得出的结果来看，和我们之前把P点当作交流地计算的结果是一样的！也就是说，从方便理解和计算的角度出发，P点仍然可以看成交流地！第14页/共19页方法一：Gm的计算求Gm：将输出端接地，计算 iout/vin当输出端接地时，P点可看作交流地（因为左边波动较小，右边是零）第15页/共19页方法一：Rout的计算第16页/共19页方法二：戴文宁等效第17页/共19页第18页/共19页电流镜2023/4/1319感谢您的欣赏！第19页/共19页