聊聊电流镜(上)

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~

沙发啊！问个问题哈，那个图e的是不是对于track temperature呢?

只用过图ef和g看起来很厉害啊

写的好！

这个要顶一下，手机上也可以学习了，不错！

顶~

track temperature?没太明白你的意思哟

下期会重点分析下图h中的结构

e的结构还有一种改进型，最左侧产生Vb偏置电压的这样一个管子Q3它的vth和Q5有差别，会导致镜像不准，可以在Q3下面再叠加一个工作在线性区的管子，镜像会更准确。
除了分析h的结构，建议大神能在深亚微米工艺下给出仿真示例······

我是这样理解的，Q3是用来给共栅管Q4(Q5)提供栅级偏置电压的，目的是为了是起镜像作用的Q1(Q2)的Vds电压一致，同时工作在饱和区的临界点，从而保证Q1既有一致的工作条件，同时消耗较少的电压裕度。我觉得Q3和Q4的阈值Vth的差别倒还好，其主要差别应该说是Vgs的差别更准确，毕竟其管子尺寸会不一样的。

学习一个

f图Q3a 和Q3b的栅极接哪呢?

请教你是怎么确定Q3尺寸的

我的锅，是图没弄好，Q3a和Q3b的栅级都接
Q3b的漏极的

感谢fightshan的讲解，其实在深亚微米工艺下，特别是低压逻辑器件的阈值和栅长关系密切，平方律的关系只能用于估算吧。

是的 只能用于估算有个起始点开始迭代做几次仿真后确定一个值你重点讲的h啥时候发啊

内容还在准备中，预计本周末吧

謝謝提供！

期待下期！

感谢小编，期待下一期。

学习了，感谢

h图中的Q2应该在线性区吧

一般是线性区，如果能够工作在饱和区，输出阻抗会进一步提高，可以看这一期的分析。http://bbs.eetop.cn/thread-623770-1-2.html

学习学习

多谢。

顶一个

相当不错，你是个人才

好东西，赞