第五章无源与有源电流镜(2012.10.17).ppt

第五章无源与有源电流镜 简单偏置的电流源 用基准来产生电流源 基准电流的简单“复制” 电流镜运用举例 基本电流镜的误差 基本共源共栅电流镜 基本共源共栅电流镜的摆幅问题 基本共源共栅电流镜摆幅损失的原因 低压共源共栅电流镜的原理 低压共源共栅电流镜Vb的产生 实用自偏置低压共源共栅电流镜 带有源电流镜的差动对 有源负载差动对的大信号分析 有源负载差动对的不对称摆幅 利用半电路近似计算 Gm 近似计算 Rout 如何求有源负载差动对的小信号增益？ 有源负载差动对的小信号增益（1） 有源负载差动对的小信号增益（2） 有源负载差动对的小信号增益（3） 有源负载差动对的小信号增益（4） 有源负载差动对的小信号增益（5） 有源负载差动对的小信号增益（6） 有源负载差动对的小信号增益（7） 有源负载差动对的小信号增益（8） 有源负载差动对的小信号增益（9） 有源负载差动对的不对称摆幅 有源负载差动对的共模特性 有源负载差动对的共模增益 有源负载差动对的CMRR 例 5.7 例 5.7（续） 本章基本要求 左图中，如果VinCM使每一个输入晶体管的漏电流都产生?I的变化，那么ID3、ID4也会有相同的变化，因此M4仿佛提供了M2所需的额外电流，从而输出电压不需要变化，即ACM＝0。解释这一证明中的不严密性。 上式说明Iout受很多因素影响：电源、工艺(不同晶片VTH可能会有?100mV的误差)、温度(?n， VTH都受温度的影响)。因此Iout很难确定。特别是为使M1消耗较少的电压余度而采用较小的偏置电压时，这个问题更严重。 例如，若Von1＝200mV，VTH有50mV的误差就会使输出电流产生44?的误差。 如何产生精度、稳定性均较好的电流源? 用相对较复杂的电路(有时需要外部的调整)来产生一个稳定的基准电流IREF。 在模拟电路中，电流源的设计是基于对一个稳定的基准电流IREF的复制 ( IREF常由基准电路(第11章)产生，这里不作讨论) ，从而得到众多的电流源 。现在我们关心的是，如何产生一个基准电流的精确复制呢？ 基本电流镜 基本电流镜中，若不考虑沟道调制效应： 该式表明Iout是IREF的复制且不受电源电压、温度和工艺的影响。 事实上，VDS1通常是不变的，而VDS2与Iout连接的节点电压有关，一般而言，这个节点的电压是随输入信号变化而变化的，??0时， Iout不可能是IREF的“精确”复制。 电流镜有何用途？ 电流镜中所有MOS管取相同的沟道长度L，以减小源漏区边缘扩散(LD)所产生的误差。 Iout如何精确复制Iref? 选择Vb使VX=VY, Iout即是IREF的精确复制! 即使VP变化, 因?VY= ?VP /(gm3r03), 故VX?VY , Iout? IREF。注意, 这是靠牺牲电压余度来获得的精度! M0、M3选择合适的宽长比使VGS0＝VGS3，则VX=VY 。 例5.4 画出VX从一个大的正电压下降时IX和VB的草图。 当M3刚退出饱和时VDS3=Von3, 因M3退出饱和以前可以认为VB基本不变(△VB ≈△VA/(gm3r03)) , 即VB = VA =VGS1(2), 故当M3刚退出饱和时有: 这比M2和M3同时退出饱和时的： VXmin = Von3 +Von2大了一个开启电压 VT这在低电源电压运用中是一个很大的电压损失! M2退出饱和 M3退出饱和 分析基本共源共栅电流镜输出摆幅损失了一个阈值电压VT的原因不难发现: 由于M3退出饱和时VB基本不变, 故为使: VXmin=Von3+Von2 必须使M2在正常工作时VB≈Von2(1), 由于VA=VB, 也即VA≈Von2(1), 然而在基本共源共栅镜中VA=VGS1=Von1+VT, 显然, 为减小基本共源共栅电流镜输出摆幅的损失必须减小VA的大小。 上图中VA=VGS1-VDS2，若选取VDS2≈ VT , 则： VB = VA ≈ Von1(3), 于是:VXmin=Von4+Von3, 比基本共源共栅电流镜减小了一个阈值电压VT, 低压共源共栅电流镜由此得名。 左图中, 若(W/L)1?4=1, (W/L)5=1/4, 记Von=VGS-VT, 若不考虑沟道调制效应，则: VGS 1?4= VT + Von。 ∵VC＝ VT + 2Von ∴VA＝ VB ＝ Von ∴V0min＝ 2 Von 该电路的缺点是为给M3和M4产生合适的偏置增加了M5支路，这给电路带来了附加功耗。下面介绍实用自偏置低压共源共栅电流镜。 例: 假定左图所有MOS管的开启电压均为VT, 若使M1～M4均饱和, IREF应满足什么要求? M3饱和时, VE≥VC-VT,即: VR=VC-VE =IREFR≤ VT, 故