第5章 无源与有源电流镜.ppt

1、模拟CMOS集成电路设计第五章 无源与有源电流镜,华侨大学电子与信息工程学院 电子工程系 杨骁 凌朝东 ,在第三、四章中，我们在对单级放大器与差动放大器的研究中指出了电流源的广泛应用。在这些电路中，电流源起一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。我们还注意到，工作在饱和区的MOS器件可以当作一个电流源。 本章讨论电流镜的设计，它既可作为偏置单元也可作为信号处理元件。在复习基本的电流镜之后，我们研究共源共栅电流镜的工作原理。然后再分析有源电流镜，并且阐述用该电路作为负载的差动对的特性。,基本电流镜,基本电流镜,因此，我们必须寻找为MOS电流源提供偏置的其它方法。,基本电流镜,在模拟电路中，电流

2、源的设计是基于对基准电流的“复制”。其前提是已经存在一个精准的电流源存在。,由M1和M2组成的结构就叫做一个“电流镜”,基本电流镜,由M1和M2组成的结构就叫做一个“电流镜”,基本电流镜,Iout=Iref,电流镜的应用,为差动放大器偏置的电流镜,图中差动对的尾电流源通过一个NMOS镜像来偏置， 负载电流源通过一个PMOS镜像来偏置。 求流过M3和M4管的电流？,I3=I4=0.5Iref,电流镜的应用,为差动放大器偏置的电流镜,电流镜中的所有晶体管通常都采用相同的栅长， 以减小由于源漏区边缘扩散(LD)所产生的误差。,电流镜的应用,基本电流源的误差,沟道长度调制效应,。,基本电流源的误差,共

3、源共栅屏蔽特性,共源共栅器件可以使底部晶体管免受变化的影响。,共源共栅电流镜,抑制沟道长度调制效应,如果选择使得Vb，使得Vx=VY，那么Iout非常接近于IREF 共源共栅器件可以使底部晶体管免受变化的影响。,共源共栅电流镜,抑制沟道长度调制效应,这样一个精度的获得是以M3消耗的电压余度为代价的,共源共栅电流镜,共源共栅电流镜,根据M3的尺寸适当选择M0的尺寸使,共源共栅电流镜,共源共栅电流镜,根据M3的尺寸适当选择M0的尺寸使,共源共栅电流镜,共源共栅电流镜,共源共栅电流镜输出摆幅,电路有高的输出阻抗和精确的值， 但是它却消耗了很大的电压余度。 P点所允许的最小电压等于：,两个过驱动电压加

4、上一个阈值电压,P点的最小允许电压仅仅等于两个过驱动电压 ，所以上面的电路浪费了一个阈值电压,共源共栅电流镜输出摆幅,两个过驱动电压加上一个阈值电压,低压共源共栅结构,低压共源共栅结构,共源共栅电流源M3M4消耗的电压余度 等于M3与M4的过驱动电压之和,低压共源共栅结构,低压共源共栅结构,自偏置低压共源共栅结构,低压共源共栅结构Vb的产生,带有源电流镜的差动对,电流镜也可以处理信号，即像有源器 件一样工作。一种与差动对结合使用 的镜像结构特别有用。,带有源电流镜的差动对的不对称摆幅,如何求小信号增益？,对于小的差动输入，结点X与Y的电压摆幅差别很大。 由输入到结点X的电压增益比从输入到结点Y

5、的要小的多。 Vx,Vy与在结点P的作用（分别通过ro1和ro2）不能互相抵消， 从而该结点必然不能看作虚地点.所以不能采用半边电路法。,带有源电流镜的差动对小信号增益,戴维南等效,带有源电流镜的差动对小信号增益,带有源电流镜的差动对小信号增益,电流镜的差动对共模特性,共模电平增益表示由于输入共模电平的变化而导致我们关心的输出信号的变化。在第4章的电路中，输出信号是差动的，因此，共模增益用由输入共模变化产生的输出的差动部分来定义，在理想情况下，其共模增益为0，也就是Vx-Vy的值与共模电压Vin,com无关。,电流镜的差动对共模特性,单端输出放大器，所关心的输出信号相对于地来检测。因此，我们用

6、由输入共模变化产生的单端输出部分来定义共模增益：,电流镜的差动对共模特性,如果电路是对称的，对于任何输入共模电平均有VF=VX M1与M2以并联的方式出现，M3与M4也是如此。,电流镜的差动对共模特性,即使完全对称，输出信号也会因为输入共模变化而变差,第6章：密勒效应,在许多模拟电路和数字电路中存在一种重要现象，它与“密勒效应”有关,密勒定理：如果图 (a) 的电路可以转换成图 (b) 的电路，则 其中,第6章：密勒效应,考虑图所示的电路，其中的电压放大器的增益为-，该放大器的其他参数是理想的。请计算这个电路的输入电容。,输入电容等于CF(1+A) ，相当于放大了 (1+A),第6章：极点与节点的关联,每个极点值的确定都是由相应一个结点到地“看到的”总电容乘以从这个结点到地“看到的”总电阻。从这个观点看，我们可以说电路中的每一个结点对传输函数贡献一个极点。一个极点和相应结点的这种联系为估算传输函数提供了一种直观的方法。,总的等效电容与总的等效电阻（均指的是从结点到地“看到的”值）相乘，就得到了时间常数，也就得到了一个极点的频率。,第6章：极点