模拟集成电路 无源与有源电流镜.ppt
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1、2021/1/25,1,第五章 无源与有源电流镜,2021/1/25,2,简单偏置的电流源,上式说明Iout受很多因素影响:电源、工艺(不同晶片VTH可能会有100mV的误差)、温度(n, VTH都受温度的影响)。因此Iout很难确定。特别是为使M1消耗较少的电压余度而采用较小的偏置电压时,这个问题更严重。,例如,若Von1200mV,VTH有50mV的误差就会使输出电流产生44的误差。,如何产生精度、稳定性均较好的电流源?,2021/1/25,3,用基准来产生电流源,用相对较复杂的电路(有时需要外部的调整)来产生一个稳定的基准电流IREF。,在模拟电路中,电流源的设计是基于对一个稳定的基准电
2、流IREF的复制 ( IREF常由基准电路(第11章)产生,这里不作讨论) ,从而得到众多的电流源 。现在我们关心的是,如何产生一个基准电流的精确复制呢?,2021/1/25,4,基准电流的简单“复制”,基本电流镜,基本电流镜中,若不考虑沟道调制效应:,该式表明Iout是IREF的复制且不受电源电压、温度和工艺的影响。,事实上,VDS1通常是不变的,而VDS2与Iout连接的节点电压有关,一般而言,这个节点的电压是随输入信号变化而变化的,0时, Iout不可能是IREF的“精确”复制。,电流镜有何用途?,2021/1/25,5,电流镜运用举例,2021/1/25,6,基本电流镜的误差,电流镜中
3、所有MOS管取相同的沟道长度L,以减小源漏区边缘扩散(LD)所产生的误差。,Iout如何精确复制Iref?,2021/1/25,7,基本共源共栅电流镜,选择Vb使VX=VY, Iout即是IREF的精确复制! 即使VP变化, 因VY= VP /(gm3r03), 故VXVY , Iout IREF。注意, 这是靠牺牲电压余度来获得的精度!,M0、M3选择合适的宽长比使VGS0VGS3,则VX=VY 。,2021/1/25,8,基本共源共栅电流镜的摆幅问题,例5.4 画出VX从一个大的正电压下降时IX和VB的草图。,当M3刚退出饱和时VDS3=Von3, 因M3退出饱和以前可以认为VB基本不变(
4、VB VA/(gm3r03) , 即VB = VA =VGS1(2), 故当M3刚退出饱和时有:,这比M2和M3同时退出饱和时的: VXmin = Von3 +Von2大了一个开启电压,VT这在低电源电压运用中是一个很大的电压损失!,M2退出饱和,M3退出饱和,2021/1/25,9,基本共源共栅电流镜摆幅损失的原因,分析基本共源共栅电流镜输出摆幅损失了一个阈值电压VT的原因不难发现: 由于M3退出饱和时VB基本不变, 故为使: VXmin=Von3+Von2,必须使M2在正常工作时VBVon2(1), 由于VA=VB, 也即VAVon2(1), 然而在基本共源共栅镜中VA=VGS1=Von1
5、+VT, 显然, 为减小基本共源共栅电流镜输出摆幅的损失必须减小VA的大小。,2021/1/25,10,低压共源共栅电流镜的原理,上图中VA=VGS1-VDS2,若选取VDS2 VT , 则: VB = VA Von1(3), 于是:VXmin=Von4+Von3, 比基本共源共栅电流镜减小了一个阈值电压VTH, 低压共源共栅电流镜由此得名。,2021/1/25,11,低压共源共栅电流镜Vb的产生,左图中, 若(W/L)14=1, (W/L)5=1/4, 记Von=VGS-VT, 若不考虑沟道调制效应,则: VGS 14= VT + Von。,VC VT + 2Von,VA VB Von,V0
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