电流镜在电流模式电路中的应用

1、电流镜的原理及应用目录页1234电流镜的基本理论电流镜的基本理论电流镜概述电流镜概述CM在电流模式电路中的应用在电流模式电路中的应用总结总结第一页第一页电流镜的基本理论电流镜的基本理论 电流镜(Current Mirror)是一种信号处理的标准部件，同运算放大器、电流传输器、电流反馈放大器一样，使用在模拟和数模混合模式VLSI电路中。它能将电路中某一支路的参考电流在其它支路中得以重现或复制3。由于其电流复制能力，它常被用来构成模拟集成电路和器件中支流偏置电流源，成为模拟集成电路中应用最为广泛的电路技术之一。第二页第二页电流镜概述电流镜概述第三页第三页 电流镜是模拟集成电路中最基本的单元，利用电

2、流镜可以构成电流模式的基本模块电路，如电流模式传输器、微分器、积分器等，也可以构成电流模式集成电路，如连续时间滤波器、A/D 转换器等。 一个电流镜至少要有三个端子，如图2-1所示，图(a)是电流镜示意图，图(b)是电流镜的代表符号。图中I0端连接电源或者地，I1为镜源，I2为镜象，输入输出关系为：I2=MI1。其中M为镜象比系数，它与电流镜内部的晶体管参数的沟道尺寸有关。N1N2N0I0I1I2V1V2(a)示意图I0I1I2(b)代表符号M1M2I2I1inioutVss(c)基本电流镜电路图2-1 电流镜基本概念电流镜概述电流镜概述壹 输出支路电流I1基本与节点N2的电压V2无关,V2允

3、许被偏置到与公共节点N0相差几百毫伏到几伏的任何电位，即N0节点的增量输出电阻或称交流小信号输出电阻 (更通用应为交流输出阻抗)应该很高，理想时为无穷大。贰 输入节点N1 的直流电压V1应当很小，通常比公共节点N0 相差几百毫伏，而且电压V1基本上与输人电流I1的增量变化无关，即小信号交流输入电阻(更通用为交流输入阻抗)应相当低，理想时为零。叁 电流传输比M=I2/I1应该尽可能接近于1，而且在很多十倍程变化范围内与电流的幅值无关，即理想电流镜是线性元件。在信号传输通路的应用中，理想电流镜电流传输比M的幅度和相位应该与信号的频率无关。实用电流镜应实用电流镜应该具有以下三该具有以下三点基本性能：

4、点基本性能：第四页第四页CM在电流模式电路中的应用在电流模式电路中的应用CMOS CM 在差分运在差分运放电路中的应用放电路中的应用宽摆幅高输出阻抗恒宽摆幅高输出阻抗恒流源偏置电路流源偏置电路电流模式神经网络电流模式神经网络电流模式信号处理电路电流模式信号处理电路电流模式有源器件电流模式有源器件电流模式数据转换电流模式数据转换第五页第五页CM在电流模式电路中的应用在电流模式电路中的应用第六页第六页1.电流模式有源器件电流模式有源器件 信号处理的基本要素是有源器件。电流模式有源器件因电流反馈带来的精度、带宽等优良的性能，近年来获得了较大的发展，其中，CM起着核心部件的作用。可以说，没有哪一种电流

5、模式器件不使用CM技术。目前，几种常用电流模式器件包括:电压电流转换器，电流跟随器，电流传送器(CC)，电流模式跨阻放大器，运算跨导放大器(OTA)，电流模式运算放大器等。利用这些有源积木块可构成各种信号处理电路，特别是CC和OTA，近几年在连续时间电路技术领域是十分活跃的研究方向。2.电流模式信号处理电路电流模式信号处理电路 电流模式电路是一种以电流作为信号处理有源参数或变量的电路。新近的研究表明，以电流模式有源器件为基础的电流模式电路在电路性能方面有优于电压模式电路之处。目前使用CM技术的电流模式电路包括:a)连续时间电流模式电路利用CM的栅极电容和MOS管跨导gm完成滤波器中的阻容时间常

6、数，可直接用CM作为有源积木块，应用于电流模式电路设计。（b）SI滤波器：用开关电流镜可构成SI积分器，利用该通用积分器，可实现 各种形式的SI滤波器。3.电流模式神经网络电流模式神经网络 神经网络是本世纪末发展最为迅速的交叉学科。用电流模式电路技术实现神经网络是近年来引人注目的研究方向。目前，电流模式神经网络技术包括:跨导一电容神经网络；SC与SI神经网络；MOS VLSI技术实现神经网络等。CM除了构成电流模式有源器件应用于神经网络实现之外，它还可直接用作阑值处理单元，用于神经信号处理运算。4.电流模式数据转换电流模式数据转换 信号处理存在两种方式:模拟信号与数字信号。在许多模数混合IC系

7、统中，这两种信号处理系统之间必须配以接口，以完成A/D和D/A功能。目前，采用CM技术的动态电流技术已用来实现A/D和D/A转换电路，几个精确的二分电路在文献中已提到过了。 CM在电流模式电路中的应用在电流模式电路中的应用第七页第七页 5.CMOS CM 在差分运放电路中的应用在差分运放电路中的应用 在测量设备中，常需要高输入电阻的集成运放，其输入电流小到10pA以下，对电流的精确度要求较高，因此多使用电流镜来提供运放的偏置电流和作为差分对管的有源负载。图4-3所示是一个两级放大电路的原理图，该原理图中的偏置电路和运放电路均含电流镜。图中的管子全部为增强型MOS管。M1、M2和M7管构成比例电

8、流源。外接电阻R和M1管组成该差分运放的偏置电路，用于提供偏置电流I r。在已知M1 管开启电压的前提下，利用外接电阻可以求出基准电流Ir，一般Ir取值范围为20200A。根据M1、M2和M7管的结构尺寸，可以得到M2与M7管的漏极电流，它们为放大电路提供静态电流。该电路为两级放大电路。第一级是以P沟道管M3和M4为放大管、以N沟道管M5 和M6 构成的电流源为有源负载，采用共源形式的双端输入、单端输出差分放大电路。其输入级的有源负载使单端输出电路的动态输出电流近似等于双端输出电路时的输出动态电流。由于第二级电路从M8的栅极输入，其输入电阻非常大，因而带负载能力不高，是为高阻抗负载而设计的，适用于以场效应管为负载的电路。电容C起相位补偿作用。电流源直流电阻很小和交流电阻很大，因此被广泛应用于共射极放大器、共集电极放大器和差动放大器等电路，使得放大器每级的增益相当高，并使其它性能指标得到改善。6.宽摆幅高输出阻抗恒流源偏置电路宽摆幅高输出阻抗恒流源偏置电路 电流源要得到较理想的输出电流，必须有性能优良的偏置电路对它进行偏置。结合共源共栅电流镜结构，设计了一个高输出摆幅、高输出阻抗恒流源偏置电路，如图4-4UiM1M2M7M4M3M5M6C1IrRUoM85VV10VDD图4-3 二级差分运放电路谢谢您的支持!总结总