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电流镜是模拟集成电路中普遍存在的一种标准部件,它也出现在一些数字电路中。在传统的电压模式运算放大器设计中,电流镜用来产生偏置电流和作为有源负载。在新型电流模式模拟集成电路设计中,电流镜除了用来产生偏置电流外,还被广泛用来实现电流信号的复制或倍乘,极性互补的电流镜还可以实现差动一单端电流信号的变换。电流镜不仅是设计集成电路的基本单元电路,而且它本身就是一种典型的电流模式电路,在一些电流模式系统(例如高频连续时间滤波器、人工神经网络)中得到直接应用。
电流镜是电流控制电流源,下图是其示意图。其中IR是由外部给定的基准电流,而Io是它的镜输出电流,n可以大于1、小于1或等于1。电流镜可以有多路输出电流。人们对电流镜所关心的问题是其输出电阻、Io对IR的跟随精度以及它对电源电压和温度的灵敏性等。 电流镜是电流控制电流源,下图是其示意图。其中IR是由外部给定的基准电流,而Io是它的镜输出电流,n可以大于1、小于1或等于1。电流镜可以有多路输出电流。人们对电流镜所关心的问题是其输出电阻、Io对IR的跟随精度以及它对电源电压和温度的灵敏性等。 静态电流镜 简单电流镜是一种三端器件,下图所示是它的示意图。图中的N1是输入节点,它是能接受一种极性电流I1的输入端;N2是输出节点,它是能提供输出电流I2的输出端,I2是I1的复制(拷贝),即I2与I1流向相同,数值相等,也可以说I2跟随I1;N0是公共节点,这个节点中的电流是I1与I2之和。 实用电流镜应该具有下列三点基本性能。 ①输出支路的电流I 2应基本与节点N 2的电压V 2无关,V 2允许被偏置到与公共节点N 0相差几百毫伏到几伏的任何电位,即N 2节点的增量输出电阻或称交流小信号输出电阻r 0(更通用应为交流输出阻抗Z o)应该很高,理想时为无穷大。 ②输入节点N 1的直流电压V 1应当很小,通常比公共节点N 0相差几百毫伏,而且电压V 1基本上与输入电流I 1的增量变化无关,即小信号交流输人电阻r i(更通用为交流输人阻抗Z i)应相当低,理想时为零。 ③电流传输比M=I 2/I 1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的幅频响应和相频响应应该与信号的频率无关。 MOS管基本电流镜 由两个N沟增强型MOS管组成的基本电流镜如下图所示。M1与M2两管的衬底与源短接,所以不存在体效应(对于NMOS器件,当其源端电位高于NMOS管的体(P衬底或地)电位时,阈值电压会增加。这一变化称为体效应。)。M1作输入管,其栅、漏极短接,VDS1=VGS1》VGSt-VT1,所以T1总是工作在饱和区,而且由于栅、漏短接,其交流输人电阻也较低。T2作输出管,只要VDS2》VDS1-VT2,T2也工作在饱和区,漏极的交流输出电阻很高,这是下图所示电路作为电流镜的必要条件。 工作在饱和区的mos器件可以当作一个电流源。电流源的输出电阻、电容、以及电压余度与输出电流的大小之间存在折衷互易关系。此外,电流源的其他几个方面也很重要:电源、工艺、温度依赖性,输出噪声电流以及其他电流源的匹配。如何给一个mosfet加偏置才能使其作为一个稳定的电流源工作呢? 在模拟电路中,电流源的设计是基于对基准电流的复制,其前提是已经存在一个精确的电流源可供利用。详情见,模拟CMOS集成电路设计第115页,电流镜的结构和输出电流的公式及其与基准电流的关系。 cascode电流镜,共源共栅电流镜,就是级联三极管cascade triodes的缩写,其实就是一个mos管工作在共源(M1),一个mos管工作在共栅(M2)。 那么何为共源共栅呢?共源共栅电流镜可以抑制沟道长度调制的影响又说明什么呢?对于该结构图要了然于心。而mosfet的特性在此如何体现? |
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