模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第5章无源和有源电流镜

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1、模拟集成电路原理第5章无源与有源电流镜董刚gdong@mail.xidian.edu.cn微电子学院12本讲电流镜基本电流镜共源共栅电流镜有源电流镜电流镜做负载的差分放大器大信号特性小信号特性共模特性西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计3明确几个概念电流源Currentsource电流沉Currentsink电流镜CurrentMirror无源电流镜PassiveCurrentMirror用做产生直流偏置电流时有源电流镜ActiveCurrentMirror象有源器件一样用作小信号处理时“有源/无源电流镜”概念仅在Razavi书中出现西电微电子学院

2、－董刚－模拟集成电路设计4本讲电流镜基本电流镜共源共栅电流镜有源电流镜电流镜做负载的差分放大器大信号特性小信号特性共模特性西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计5电流源AIC中经常需要电流源对电流源的期望电流值能由设计者方便地设定在某一期望值，并且电流值的偏差能被控制在一定范围内电流值往往会随工艺、电源、温度等变化而变化电阻、电容、噪声等如何电路实现并可设、精确、稳定？西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计(确、稳定，很难实用6基于电阻分压的电流源电流值对工艺、电源、温度等变化敏感不同芯片阈值偏差可达100mVμn、VTH随温度变化输出电压范围大于M

3、1管的VOV即可为了输出电压范围较大，VOV取典型值200mV若VTH改变50mV，则IOUT改变44％IOUT≈μnCoxWR22LR2+R1VDD−VTH)2评价：电流值无法精西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计7基于基准电流的电流源－原理IREF基准电流由专门的电路来产生，如带隙基准源等（第11章），是一个重要、活跃的研究领域基准电流的电流值精确、稳定（对电源电压、工艺偏差、温度变化等不敏感）基于IREF，“复制”产生所需各电流常用复制方法是先把IREF转换为电压，在由该电压转换为电流西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计IREF=μnCox

4、W−1−12基本电流镜－等量复制镜面基本电流镜(VGS−VTH)2LIout=ff(IREF)=IREFIREF=f(VGS)VGS=f(IREF)忽略了λ的影响（会影响复制精度）Iout也可以不等于IREF西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计8(2(29基本电流镜－比例复制IREF=μnCoxW2L)1(VGS−VTH)Iout=μnCoxW2L)2(VGS−VTH)设计者通过合理设计M1和M2管的尺寸比，即可获得期望的电流Iout=(W/L)2(W/L)1⋅IREF若IREF精准、稳定，合理设计M1管和M2管的尺寸和位置，使它们的VTH、μn、

5、COX等工艺参数匹配度高、W/L比值在一定精度内，则可获得一定精度且稳定的Iout西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计10基本电流镜在差分放大器中的应用高输出摆幅、高增益的二极管接法MOS管做负载的差分放大器西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计11高输出摆幅的差分放大器见教材P104，图4.33西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计Wμn(W/L)1≈单级共源放大器提高输出摆幅M1管偏置在饱和区，漏电流为I1，IS=0.75I1ID2=ID14gm=2μnCoxWLIDAv=−gm1gm2=−4μn(W/L)1μp(W/L)2μn(WL)1(VG

6、S1−VTH1)2≈4μp()2(VGS2−VTH2)2L

7、VGS2−VTH2

8、(VGS1−VTH1)4μp(W/L)24VSG2=1.2V。若VDD=3.3V，则若要求Av=-10，当≈−AvVOV1=200mV、VTH=0.7V时，Vout不能大于2.1V西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计12⋅13电流镜中晶体管的L通常设计为相同Iout=(W/L)2(W/L)1⋅IREF为什么取L1=L2？Iout=(Weff/Leff)2(Weff/Leff)1⋅IREF=Weff2Leff1Weff1Leff2⋅IREF横向扩散和场氧化层侵蚀会使Lef

9、f≠Ldrawn、Weff≠WdrawnLeff=Ldrawn−DLWeff=Wdrawn−DW西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计⋅=≠=14电流镜中晶体管的L通常设计为相同Iout=(Weff/Leff)2(Weff/Leff)1⋅IREF=Weff2Leff1Weff1Leff2⋅IREF当L1=L2时当L1≠L2时Leff1Leff2=Ldrawn1−2LDLdrawn1Leff1Ldrawn1−2LDLdrawn1Ldrawn2−2LDLdrawn2Leff2Ldrawn2−2LDLdrawn2结论：取L1=L2，便于获得期望的精确电流值

10、西电微电子学院－董刚－模拟集成电路设计⋅于W之间的比值=Iout=⋅IREF=Wdrawn1−DWWeff1