ch05 无源与有源电流镜.ppt

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1、华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#1第五章无源与有源电流镜CMOS模拟集成电路设计华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#2内容提要基本电流镜共源共栅电流镜有源电流镜华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#3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Von1＝20

2、0mV，VTH有50mV的误差就会使输出电流产生44的误差。(2002-1502)/2002如何产生精度、稳定性均较好的电流源?华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#4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？华侨大学信息学院CMOS模拟集

3、成电路设计Ch.5#5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？华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#6电流镜运用举例华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#7基本电流镜的误差电流镜中所有MOS管取相

4、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?华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#8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VXVY,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VGS0＝VGS3，则VX=VY。华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#9例5.31、画出VX和VY与IREF的函数关系图。2

5、、若IREF两端的电压需要0.5V，则IREF的最大电流值是多少？华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#10基本共源共栅电流镜的摆幅问题M3管饱和的条件是：VP>VN-Vth华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#11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(△VB≈△VA/(gm3r03)),即VB=VA=VGS1(2),故当M3刚退出饱和时有:这比M2

6、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退出饱和华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#12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VB≈Von2(1),由于VA=VB,也即VA≈Von2(1),然而在基本共源共栅镜中VA=VGS1=Von1+V

7、T,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。华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#13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VT,低压共源共栅电流镜由此得名。华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#14低压共源共栅电流镜Vb的产生华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#15华侨大学信息学院CMO

8、S模拟集成电路设计Ch.5#16处理信号的电流镜Iout＝Iin带电流镜负载的差分对有源电流镜华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#17计算Gm的电路计算Rout的电路Gm＝gm1/2Rout＝ro4//2ro2Av=gm1/2[(2ro2)//ro4]带有源电流镜的差动对华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#18带有源电流镜的差动对计算Vp/Vin的电路计算Vout/Vp的电路Av=gm2/2[(2ro2)//ro4]华侨大学信息学院CMOS模拟集成电路设计Ch.5#1