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本帖最后由 131v1vv 于 2017-3-6 19:16 编辑
这期来点轻松的,聊一聊你知道的和不知道的电流镜。 电流源可算是模拟集成电路中最基础的内容,也是有很多花样的基本单元。电流源是笼统的叫法,具体会根据电流的流向,分别叫做电流源(Current Source)和电流沉(Current Sink),如图1所示。
图1 电流源通常都是以电流镜(Current Mirror)的形式实现,可以看做是双端口电流放大器。关注的指标为输入侧的最小输入电压和输入阻抗,输出侧的输出摆幅和输出阻抗,同时还有电流增益,如图2所示。
图2 简单的NMOSFET的I-V特性如图3所示。在线性区是向下开口的抛物线,在饱和区会有所区别。理想情况下,电流不随Vds的变化而变化,实际情况会表现出有限甚至很小的输出阻抗。
图3 随着先进工艺向低压低功耗的方向演进,MOS的非理想因素越来越多,如图4所示,这也对最简单的电流镜的设计提出了挑战。
图4 电流镜改进设计中,有许多很好的结构。我们把常见的都列出来,如图5~图8所示。图5(a)是最基本的电流镜结构,图5(b)是加入了负反馈的威尔逊电流镜。
图5 图6中为Cascode结构的电流镜及其改进形式。其中的(e)算是用的比较多的,性能比较好的一种结构,其缺点就是需要额外的一路偏置电流。
图6
图7(f)是贝尔实验室的Sooch于1985年,申请的专利号为4550284的美国专利提到的结构,当然图7(f)中Q3a工作临界饱和状态,其简单的等效原理可以表示为图7(g),电阻32实现自偏置的功能。
图7
图8(h)是Aashi公司的Ichiro于1999年,申请的美国专利中提到的结构,专利号为5966005,有兴趣的可以查阅看一下。在原始的专利中,Ichiro提到利用短沟道效应,通过使用不同的沟道长度,配合不同的阈值电压。实现Q2工作在饱和区,从而实现较高的输出阻抗(反向短沟道效应,会使阈值随沟道长度减小而增大,貌似这样该结构就无法保证Q2工作在饱和区。)。图8(i)为带源极电阻负反馈的电流镜,可以作为(h)的等效电路。
图8 上述几种结构的几个关键指标统计如图9中表格所示。
图9 好了,这期的内容就先聊到这里,下期我们重点学习图8(h)的self cascode CM结构,回头见~ 也请关注俺的微信公众号,能第一时间看到我的学习分享内容哟~
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