CMOS模拟集成电路设计_ch5电流镜.ppt

模拟CMOS集成电路设计 5 电流镜 一 明确几个概念 电流源Currentsource电流沉Currentsink电流镜CurrentMirror无源电流镜PassiveCurrentMirror用做产生直流偏置电流时有源电流镜ActiveCurrentMirror像有源器件一样用作小信号处理时 有源 无源电流镜 概念仅在Razavi书中出现 电流源 AIC中经常需要电流源对电流源的期望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 往往会随工艺 电源 温度等变化而变化 如何实现易设定 精确 稳定 基于电阻分压的电流源 电流值对工艺 电源 温度等变化敏感不同芯片阈值偏差可达100mV n VTH随温度变化为了输出电压范围较大 VOV取典型值200mV若VTH改变50mV 则IOUT改变44 评价 电流值无法精确 稳定 很难实用 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 是一个重要 活跃的研究领域基准电流的电流值精确 稳定 对电源电压 工艺偏差 温度变化等不敏感 基于IREF 复制 产生所需各电流常用复制方法是先把IREF转换为电压 在由该电压转换为电流 基本电流镜 比例复制 设计者通过合理设计M1和M2管的尺寸比 即可获得期望的电流 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 则可获得一定精度并且稳定的Iout 2020 1 6 7 沟道长度调制效应使得电流镜像产生较大误差 共源共栅电流镜 2020 1 6 8 共源共栅电流源为了抑制沟道长度调制的影响 可以采用共源共栅电流源 其屏蔽特性可以使底部晶体管免受VP变化的影响 共源共栅电流镜确定共源共栅电流源的偏置电压Vb 采用共源共栅电流镜结构 目标是确保VY VXVN Vx VGS3VN Vx VGS0选择 W L 3 W L 0 W L 2 W L 1 则VGS0 VGS3 VX VY 2020 1 6 9 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 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 2020 1 6 10 低电压工作 大输出摆幅 的共源共栅电流镜如图 a 共源共栅输入输出短接结构 为使M1和M2处于饱和区 Vb应满足 得到 时 Vb有解 考察图 b 所有晶体管均处于饱和区 选择合适的器件尺寸 使VGS2 VGS4 若选择 M3 M4消耗的电压余度最小 M3与M4过驱动电压之和 且可以精确复制IREF VDS3 VDS1 2020 1 6 11 低压的共源共栅中的偏置Vb如何产生 设计思路 应使VA VGS1 VTH1 让Vb等于 或稍稍大于 VGS2 VGS1 VTH1 例1 在图a中 选择I1和器件的尺寸 使M5产生VGS5 VGS2 进一步调整M6的尺寸和Rb的阻值 使VDS6 VGS6 RbI1 VGS1 VTH1 缺点 M2有衬偏效应 而M5没有 实际中RbI1大小不好控制 例2 在图b中 采用二极管连接的M7代替电阻 在一定I1下 选择大 W L 7 从而VGS7 VTH7 这样V