CMOS-模拟集成电路课件-电流源与电流镜

CMOS模拟集成电路电流源与电流镜2024/9/232Outline3.1引言3.2MOS电流源3.2.1简单电流源3.2.2共源共栅电流源3.3MOS电流镜3.3.1基本电流镜3.3.2共源共栅电流镜3.3.3大摆幅共源共栅电流镜2024/9/2333.2

MOS电流源NMOS电流源:工作在饱和区的MOSFET3.2.1简单电流源2024/9/2343.2

MOS电流源PMOS电流源:工作在饱和区的MOSFET3.2.1简单电流源2024/9/2353.2

MOS电流源源极负反馈电阻3.2.2共源共栅电流源2024/9/2363.2

MOS电流源共源共栅

3.2.2共源共栅电流源2024/9/2373.3.1基本电流镜为了获得更为精确的电流，电流源的设计常常是基于对电流基准的复制，电流镜就是完成这样的复制功能的电路结构。两个工作在饱和区且具有相同柵源电压的相同晶体管传输相同电流，输出IOUT将复制参考电流基准IREF(λ=0)3.3

MOS电流镜2024/9/238更为通常的情况下，复制一定比例的电流(λ=0)WegetIOUT与IREF的比值由器件尺寸的比率决定，不受工艺和温度的影响。设计者可以通过器件的尺寸比来调整输出电流的大小。在λ=0的情况下

！2024/9/239例子:在电流镜电路的实际设计中，通常采用叉指MOS管，每个“叉指”的沟道长度相等，复制倍数由叉指数决定，减小由于漏源区边缘扩散所产生的误差，以减小器件的失配造成的电流失配。.如图每个叉指的W为5±0.1μm,这样,M1

和M2的宽为W1＝5±0.1μm,W2＝4(5±0.1)μm我们得到IOUT/IREF=4(5±0.1)/(5±0.1)=4IREFIOUT思考:如果不采用叉指结构，将如何影响电流复制?2024/9/2310电流镜分布

电压分布电流分布2024/9/2311沟道长度调制效应给电流镜复制带来了很大的误差.因此3.3.2共源共栅电流镜2024/9/2312基于基本电流镜的共源共栅电流源

为了抑制沟道长度调制效应，可以采用共源共栅电流源，共栅管可以屏蔽电流复制的共源管免受VOUT变化影响，但复制不精确。共源共栅电流镜使VB=VGS+VY,采用共源共栅结构可以使Vx=VY.

2024/9/2313为了能够进行精确复制，要保证VY=VX=VGS1，并且要保证所有MOS晶体管处于饱和区，其输出节点处的电压应保证共源共栅电流源占用的输出裕度共源共栅电流源占用最小的输出裕度3.3.3大摆幅共源共栅电流镜2024/9/2314低电压(大输出摆幅)共源共栅电流源

如图所示，所有晶体管处于饱和区,Vb应满足

.得到

，VB

有解所有晶体管处于饱和区并且采用恰当尺寸比确保VGS2=VGS4,if

M2~M3占用最小的电压裕度(M2加M3的过驱动电压),并且允许实现精确的电流复制。2024/9/2315如何产生Vb?

设计思路:

让VB

等于(或者稍微大于)VGS0+(VGS1-VTH1),

例1：选择I1以及器件尺寸，使得M5

的VGS5≈VGS0,并且使M4

和RB

一起产生VDS4＝VGS4-RBI1≈VGS1-VTH1。缺点:①M0有体效应，而M5没有②RBI1is不是很难精确控制.

例2：采用M6代替电阻，选择足够大尺寸(W/L)6

使得VGS6≈VTH6,因此VB=VGS5+VGS4-VTHM6

缺点:虽然电路不需要电阻，但仍然由于体效应而存在误差因此，设计时需要留一些余量.2024/9/2316如何产生Vb?

例3：对于M0~M3

对于M4,

这样,

例4：自偏置

增加R使得

IREFR=VOD，

VGS1=VTHN+VOD

这样,

VB=VTHN+2