电流放大器仿真

wenkingIC

小弟用candence617画了简单电流镜实现的电流放大器（AV=2），输入电流dc设置为0，ac magnitude设置为1uA.
然后进行了ac仿真，输出NM8漏电流，为啥输出曲线是这样的？是我仿真方法有问题？还是输出曲线就是这样的？

gtfei

你把PM2漏端接的这跟竖线删掉，左侧电流源DC=1uA AC=1，横着这个电流源DC=1uA AC不给，再去打NM8的漏端电流应该就是2倍放大了

wenkingIC

gtfei 发表于 2021-10-26 11:00
你把PM2漏端接的这跟竖线删掉，左侧电流源DC=1uA AC=1，横着这个电流源DC=1uA AC不给，再去打NM8的漏端电流 ...

我是想做电流小信号ac仿真，看输出电流随频率变化

gtfei

wenkingIC 发表于 2021-10-26 11:10
我是想做电流小信号ac仿真，看输出电流随频率变化

所以。。。。。。按照我说的方法去做有什么问题吗？输入1A，输出为2A。   你想要输入1uA的AC把输入AC=1A，换成AC=1uA，输出自然就是2uA的AC VS FREQ曲线了。

wenkingIC

gtfei 发表于 2021-10-26 11:25
所以。。。。。。按照我说的方法去做有什么问题吗？输入1A，输出为2A。   你想要输入1uA的AC把输入AC=1A， ...

谢谢大佬，这样仿真确实可以，不过有点没搞懂为啥要这样仿，我主要是想仿艾伦书上的这个简单的电流放大器。

gtfei

wenkingIC 发表于 2021-10-26 14:56
谢谢大佬，这样仿真确实可以，不过有点没搞懂为啥要这样仿，我主要是想仿艾伦书上的这个简单的电流放大器 ...

I1和I2指的是流入M1和M2的DC电流，提供DC直流偏置，iin和iout是交流小信号电流输入和输出，也就是你给的AC幅值，DC和AC是分开的，AC分析需要建立在适当的DC偏置情况下进行。

wenkingIC

gtfei 发表于 2021-10-26 15:09
I1和I2指的是流入M1和M2的DC电流，提供DC直流偏置，iin和iout是交流小信号电流输入和输出，也就是你给的A ...

说得没错，我如果仿真按照那个原理图来，左边电流源只设置DC给NM8提供偏置电流，中间那个电流源设置dc和ac,dc给NM9提供直流偏置，ac作为小信号电流输入，但是仿真出来的结果就会不对。不过按照你那个方法就对了，仿真出来是对的，用左边电流源做小信号输入，中间电流源给右边电路做直流偏置。两个原理明明都一样啊，为啥结果不同。

gtfei

wenkingIC 发表于 2021-10-26 16:34
说得没错，我如果仿真按照那个原理图来，左边电流源只设置DC给NM8提供偏置电流，中间那个电流源设置dc和a ...

你的波形有问题的原因在于，你做PMOS电流镜和NMSO电流镜的原理图不同，
NMOS的电流镜仿真，你也用cascode就好了：



解决方法一：输出端负载不要使用电流源，改用100K电阻
解决方法二：NMOS电流镜采用cascode

个人理解是低频的AC，你可以近似想象成DC处理，也就是在低频下 AC=1uA， DC=1uA， 近似等于DC=2uA，此时NMOS可以下拉4uA电流，而上面PMOS只能扇出2uA电流，会导致NMOS进入线性区，也就丧失了放大电流的能力，增益就掉了。
如果负载转为纯电阻，扇出电流的能力是动态的，能够跟随镜像管NMOS的拉电流变化，增益就可以保证正常。
NMOS转换为cascode时，需要保证pmos负载是单层结构（其实也就是保证负载PMOS能输出同等变化电流），同理，如果NMOS和PMOS都为cascode的情况，增益也是不正常的。
其它的case你可以自己再搭搭仿真看看，总结一下规律什么的。

wenkingIC

gtfei 发表于 2021-10-27 09:57
你的波形有问题的原因在于，你做PMOS电流镜和NMSO电流镜的原理图不同，
NMOS的电流镜仿真，你也用cascode ...

我好像懂你意思了，然后我又仿了一种case，就是下面也用单层的，结果也不对，按照你的说法应该是低频时把nmos拉入线性区，导致增益下降。不过我想不通为什么下面接成cascode结构就可以。

gtfei

wenkingIC 发表于 2021-10-28 22:02
我好像懂你意思了，然后我又仿了一种case，就是下面也用单层的，结果也不对，按照你的说法应该是低频时把 ...

我觉得你搭这个电路有个原理性的错误：
如果你想得到镜像电流的倍数，那么你需要构造的是电流放大器，那镜像端应该是电流输出，输出级电流应该由NMOS管gm决定；
如果你负载给了固定偏置电流，那么输出DC电流就被定住了，此时是个电压放大器，所以你想仿真镜像管的电流放大倍数，你就需要把PMOS电流源负载改为电阻负载或者PMOS DIODE负载（输出电流适配输出NMOS管）。
你现在这样的连接，更像是一个AC信号，经过一个DIO形成I-V转换后，接进一个PMOS电流源负载的NMOS源极电压放大器，最终得到的是一个I-V转换，而不是I-I转换。
至于cascode结构能够得到正常AC波形我暂时没想出来。