CMOS模拟集成电路设计第5章—电流镜

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第5章 电流镜

第5章 电流镜
误差。
二 • 共源共栅电流镜
基本共源共栅电流镜
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 。
虚框内电路对称,可用半电 路虚地概念
三 • 有源电流镜 有源负载差动对的小信号增益(2)
由KVL定理,得:
V
V
in
in
V = -g (- )r +g r =g V r
eq
m2
02 m1 01 m1(2) in 01(2)
2
2
由戴维南定理,显然: R = r +r = 2r eq 01 02 01(2)
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?
一 • 基本电流镜
用基准来产生电流源
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?
二 • 共源共栅电流镜
低压共源共栅电流镜的原理
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

CMOS-模拟集成电路课件-电流源与电流镜

CMOS-模拟集成电路课件-电流源与电流镜

+ VTHN+2VOD
W/(4L)
VB
-
M4
VDD
W/L
M0
W/L
M1
IREF
Z +
VOUT IOUT=IREF
W/L +
VOD -
M3
VOD -
+
W/L
+
VOD -
M2
VOD -
例4:自偏置 增加R使得 IREFR = VOD,
VGS1 = VTHN + VOD 这样,
VB= VTHN + 2VOD
IOUT
(W (W
/ L)2 / L)1
I REF
IOUT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 !
2024/10/19
8
• 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。.
2024/10/19
VDD IREF
+ VOD R
-
VB = 2VOD +VTHN VOUT
IOUT=IREF
+
M0 X
VOD
M3
Y+
VGS = +
VOD
M1 VOD +VTHN M2
-
16
-
小结
• 工作在饱和区的MOS晶体管可以充当电流源 • 基本电流镜—基于电流复制 • 共源共栅电流镜—提高复制精度 • 大输出摆幅共源共栅电流源—使得输出的下限等

CMOS模拟集成电路设计第5章—电流镜

CMOS模拟集成电路设计第5章—电流镜

• 3.2 小信号分析 • (忽略衬偏效应) • 方法一 • 利用 • 计算
得到,
gm1Vin/2
gm1Vin/2 gm2Vin/2
• 计算 • M1和M2用一个21,2代替,
从抽取的电流以单位增益(近 似),由M3镜像到M4。则,
若21,2>>(13)3,
• 电路增益:
1 I ss
• 3.3 共模特性 • 电路不存在器件失配时
• 两个都工作在饱和区且具有相等栅源电压的相同晶体管传 输相同的电流(忽略沟道长度调制效应)。
• 按比例复制电流 • (忽略沟道长度调制效应)
得到
该电路可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响; 与的比值由器件尺寸的比率决定。
忽略沟道长度调制效应!
• 例子:
• 实际设计中,所有晶体管采用相 同的栅长,以减小由于源漏区边 缘扩散所产生的误差。
• 沟道长度调制效应使得电流镜像产生极大误差,
因此
• 共源共栅电流源 • 为了抑制沟道长度调制的影响,
可以采用共源共栅电流源。共源共 栅结构可以使底部晶体管免受变化 的影响。
• 共源共栅电流镜 • 共源共栅电流镜 • 确定共源共栅电流源的偏置电压,
采用共源共栅电流镜结构。 •
– 共源共栅电流镜消耗了电压余度 – 忽略衬偏效应且假设所有晶体管都是相同的,则P点所允许的
模拟集成电路设计
电流镜
提纲
• 1、基本电流镜 • 2、共源共栅电流镜 • 3、电流镜作负载的差动对
Байду номын сангаас :电流源
• 处于饱和区的管可以作为一种电流源
Iou I tD 1 2n C oW L x(V G S V t) h 2 (1 V D )S

电流镜[1]

电流镜[1]

M1
比如先确定MOS宽长比,VX
如此,便可以算出ID并求得R值。
(VX的选择一般是比VTH大0.15-0.3V)。
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Huang Weiwei
部分改进的电流镜电路
这是简单的产生参考电流源的方法,事实上该方法产生的电流 性能很差,随电源电压或工艺影响或温度影响偏差很大,在实 际中我们一般不会使用该方法产生参考电流源。 使用方法2和方法3的来产生电流源将会在以后的课程中涉及。
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
最 小 输 出 电 压 V IN m i n
ro
Nro
g m 2 ro 2 ro1 g m 2 ro 2 ro1
g m 2 ro 2 ro1
g m 2 ro 2 RS
VTH + 2Vov
Vov Vov
2Vov 2Vov 2Vov
Copyright by Huang Weiwei
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Huang Weiwei
部分改进的电流镜电路
方法1:在不改变宽长比的情况下增加MOS的沟道长度可 以减小沟道长度调制系数,从而增加等效输出电阻。 优点:最小工作电压不变,结构简单 缺点:沟道长度变化不明显时,调制系数变化不明显。沟 道长度太大的话又太占版图面积且增加等效输出电容。
如此也可以减小沟道长度调制效应 对电流镜复制精度的影响。
M1
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Huang Weiwei
部分改进的电流镜电路
Vmin = VGS 2 − VTH = (2VTH + Vod ) − VTH =VTH + 2Vod

CMOS 模拟集成电路课件-电流源与电流镜

CMOS 模拟集成电路课件-电流源与电流镜
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+VGS4VTHM6
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.
VDD I1
IREF
VOUT
RB
Z
VB
M0
M4
X
IOUT=IREF M3 Y
M1
M5
M2
I1
M6 VB
IOUT
(W (W
/ L)2 / L)1
I REF
IOUT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 !
2020/5/6
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• 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。.
3.2.1 简单电流源
• NMOS电流源: 工作在饱和区的MOSFET
VDD iOUT
iOUT
vOUT ≥VBIAS VTHN
斜率=1/rout
r 1 out
iOUT vOUT
IOUT
VGS=VBIAS
M1 VBIAS
+ vOUT -
0 VBIAS - VTHN
vOUT
2020/5/6
iOUT
1 2
+
-
+
vout
rs
vs
-
-
rout
vout iout
rs ro2 [( gm2 gmb2)ro2 ]rs

模拟集成电路设计教学大纲

模拟集成电路设计教学大纲

模拟集成电路设计教学大纲目录一、课程开设目的和要求2二、教学中应注意的问题2三、课程内容及学时分配2第一章模拟电路设计绪论2第二章MOS器件物理基础2第三章单级放大器3第四章差动放大器3第五章无源与有源电流镜3第六章放大器的频率特性3第八章反馈3第九章运算放大器3高级专题3四、授课学时分配4五、实践环节安排4六、教材及参考书目5课程名称:模拟集成电路设计课程编号:055515英文名称:Analog IC design课程性质:独立设课课程属性:专业限选课应开学期:第5学期学时学分:课程总学时___48,其中实验学时一-一8。

课程总学分--3学生类别:本科生适用专业:电子科学与技术专业的学生。

先修课程:电路、模拟电子技术、半导体物理、固体物理、集成电路版图设计等课程。

一、教学目的和要求CMOS模拟集成电路设计课程是电子科学与技术专业(微电子方向)的主干课程,在教学过程中可以培养学生对在先修课程中所学到的有关知识和技能的综合运用能力和CMOS模拟集成电路分析、设计能力,掌握微电子技术人员所需的基本理论和技能,为学生进一步学习硕士有关专业课程和日后从事集成电路设计工作打下基础。

二、教学中应注意的问题1、教学过程中应强调基本概念的理解,着重注意引导和培养学生的电路分析能力和设计能力2、注重使用集成电路设计工具对电路进行分析仿真设计的训练。

3、重视学生的计算能力培养。

三、教学内容第一章模拟电路设计绪论本课程讨论模拟CMOS集成电路的分析与设计,既着重基本原理,也着重于学生需要掌握的现代工业中新的范例。

掌握研究模拟电路的重要性、研究模拟集成电路以及CMOS模拟集成电路的重要性,掌握电路设计的一般概念。

第二章MOS器件物理基础重点与难点:重点在于MOS的I/V特性以及二级效应。

难点在于小信号模型和SPICE模型。

掌握MOSFET的符号和结构,MOS的I/V特性以及二级效应,掌握MOS 器件的版图、电容、小信号模型和SPICE模型,会用这些模型分析MOS电路。

电流镜的原理和应用

电流镜的原理和应用

电流镜的原理和应用1. 电流镜的概述电流镜是一种电路结构,它能够实现电流的镜像和放大功能。

它通常由两个相互耦合的晶体管组成,其中一个晶体管充当参考电流源,另一个晶体管输出镜像电流。

电流镜在集成电路设计中广泛应用,特别是在模拟电路和放大器设计中。

2. 电流镜的原理电流镜的工作原理基于负反馈的概念。

当一个电流通过参考晶体管时,参考电流源会自动调整晶体管的驱动电压,以使输出晶体管输出相同的电流。

这种负反馈机制使得电流镜能够产生非常稳定的输出电流。

3. 电流镜的类型3.1 硬件电流镜硬件电流镜是指基于晶体管的电流镜设计。

它可以产生高精度的电流镜像和放大功能,适用于需要精确电流镜像和高增益放大的应用。

硬件电流镜的设计涉及到晶体管的匹配和电压稳定器的设计,需要一定的电路调整和优化。

3.2 软件电流镜软件电流镜是指通过数字信号处理算法来实现电流镜的功能。

它通常用于数字信号处理器(DSP)和数字电路中,可以实现高度灵活的电流控制和精确的电流镜像。

软件电流镜的实现需要软硬件协同设计和编程。

4. 电流镜的应用4.1 放大器设计电流镜在放大器设计中起到重要作用。

它可以提供高精度的电流放大,并增加放大器的线性度和稳定性。

电流镜通常用于放大器的输入阶段,以实现信号的放大,同时还可以提供常量电流驱动。

4.2 比较器设计电流镜可以在比较器设计中使用。

通过调整电流镜的比例,可以实现不同输入信号的比较功能。

比较器常用于模拟-数字转换器(ADC)和数字-模拟转换器(DAC)等应用中。

4.3 电流源设计电流镜可以作为电流源使用。

电流源是模拟电路中常用的基本元件,它可以提供固定的恒定电流,用于驱动各种负载电路。

电流镜在电流源设计中可以提供高精度的恒流输出。

4.4 高精度传感器电流镜也可以用于高精度传感器的设计中。

通过使用电流镜来控制传感器输出的电流,可以实现更高的测量精度和稳定性。

电流镜在温度传感器、压力传感器和光传感器等领域中得到广泛应用。

第5章 无源与有源电流镜

第5章 无源与有源电流镜

共源共栅屏蔽特性
华侨大学IC设计中心
若系统内部电路导致X 点的电压与Y 点的电压由∆V的差值, 则P点电压与Q点电压的差值为多少?
∆VP ,Q ≈ ∆V [( gm 3 + gmb 3 )rO 3 ]
见书P75,式3.130 P75,式
共源共栅器件可以使底部晶体管免受变化的影响。
共源共栅电流镜
抑制沟道长度调制效应
基本电流源的误差
沟道长度调制效应
Y
X
华侨大学IC设计中心
(W L ) 2 λ=0, I out = I REF ⇒ (W L ) 1 λ ≠ 0:
1 W µ n C ox (VGS − VTH )2 (1 + λVDS1 ) 2 L 1
I D1 =

I D2 =
1 W µ n C ox (VGS − VTH )2 (1 + λVDS 2 ) 2 L 2
= (VGS 3 − VTH ) + (VGS 2 − VTH ) + VTH
VN = VGS 0+VX = VGS 3 + VY = VGS 3 + VGS 2
两个过驱动电压加上一个阈值电压
M2饱和,VY ≥ VGS 2 − VTH M 1饱和,VP − VY ≥ VGS 3 − VTH ⇒ VP ≥ (VGS 2 − VTH ) + (VGS 3 − VTH )
I D 2 (W L )2 1 + λVDS 2 = ⋅ I D1 (W L )1 1 + λV DS1
VGS 1 = VGS 2 = VDS 1 , 但是VX 可能不等于VY,即VDS1 ≠ VDS2 导致I out ≠ I ref

第五章 电流镜

第五章 电流镜

大信号分析
当Vin1<<Vin2时,M1,3,4关断,各支路无电流Vout=0。随 着Vin1逐渐增大,I4逐渐变大,I2逐渐变小,Vout处的寄生 电容被充电,电位升高。Vin1=Vin2时,Vout=VF=VDD-VSG3 。Vin1>>Vin2时,M2关断,Vout变为VDD。(Vin=Vin2时, 为什么Vout=VF?) 若Vout<VF,M1流过的电流将大于M2,M3流过的电流将 小于M4,这是互相矛盾的。
CMOS模拟集成电路设计 第五章 电流镜 Copyright 2014, zhengran
17
5.3 低压共源共栅电流镜
p
当VTH 2 > VGS 2 − VTH 1时,Vb有解。 取Vb的最小值Vb = VGS 2 + VGS1 − VTH 1 那么使VP ≥ Vb − VTH 4 = (VGS 2 − VTH 4 ) + (VGS1 − VTH 1 ), 就能保证所有器件都 饱和而且右半边电流源 消耗的电压余度只相当 于两个过驱动电压。
第五章 电流镜 Copyright 2014, zhengran
CMOS模拟集成电路设计
18
5.3 低压共源共栅电流镜
这个电路不采用电阻,避开了电阻的精度问题。 只要合理放大M7的尺寸就能够使VGS7≈VTH7,从而 获得前述要求的关系式。然而这个结构同样存在 衬偏效应的问题。 使用源跟随器MS,直接使共源共栅级的偏置下 降VTH,这样一来也可以使电压余度消耗为两 个过驱动电压。但A,B两点的电位将不能近似 相等,导致精度的损失。这种结构有时也会使 用,因为共源共栅结构的电流镜不单单是为了 实现高精度,我们也有时仅仅利用其高输出阻 抗。

chapter5电流镜

chapter5电流镜

2009-3-24
6
Example 5.2
• M1的小信号漏电流 : i1 = g V m1 in
I D3
= ID2
(W / L)3 (W / L)2
=
I
D1
(W (W
/ /
L)3 L)2
• 小信号漏电流 :
i3
= i1
(W / L)3 (W / L)2
=
g V m1 in
(W / L)3 (W / L)2
• 工艺误差对于共模输出电平影响比较大。
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5.3.1 Large-signal analysis
• 考察 Vin1 − Vin2 从很负到很正变化( Vin1 = Vin2 时, 应保证P点电位使M5工作在饱和区)。
• Vin1 − Vin2 很负时,M1、M3和M4截止。故无电 流 从 VDD 流 出 , M2 和 M5 工 作 在 深 线 性 区 , Vout=0。
xyvv22223321120021212121thgsoxnthgsoxnoutthgsoxnthgsoxnrefvvlwcvvlwcivvlwcvvlwci????????????????????????????example53112009324已知电流源两端电压最小为05vvddvn解出最大irefmaxythoxnrefxthxnoxnthxoxnrefvvlwcivvvvlwcvvlwci?????????????????????1120021122121011000110002222ththoxnrefththoxnrefoxnrefthxoxnrefnvvwlwllwcivvlwcilwcivvlwciv????????????????????????????????????????????电压余度122009324voltageheadroom分析

cmos模拟集成电路设计-实验报告

cmos模拟集成电路设计-实验报告

cmos模拟集成电路设计-实验报告————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:北京邮电大学实验报告实验题目:cmos模拟集成电路实验姓名:何明枢班级:2013211207班内序号:19学号:2013211007指导老师:韩可日期:2016 年 1 月16 日星期六目录实验一:共源级放大器性能分析 (1)一、实验目的 (1)二、实验内容 (1)三、实验结果 (1)四、实验结果分析 (3)实验二:差分放大器设计 (4)一、实验目的 (4)二、实验要求 (4)三、实验原理 (4)四、实验结果 (5)五、思考题 (6)实验三:电流源负载差分放大器设计 (7)一、实验目的 (7)二、实验内容 (7)三、差分放大器的设计方法 (7)四、实验原理 (7)五、实验结果 (9)六、实验分析 (10)实验五:共源共栅电流镜设计 (11)一、实验目的 (11)二、实验题目及要求 (11)三、实验内容 (11)四、实验原理 (11)五、实验结果 (15)六、电路工作状态分析 (15)实验六:两级运算放大器设计 (17)一、实验目的 (17)二、实验要求 (17)三、实验内容 (17)四、实验原理 (22)五、实验结果 (23)六、思考题 (24)七、实验结果分析 (25)实验总结与体会 (26)一、实验中遇到的的问题 (26)二、实验体会 (26)三、对课程的一些建议 (27)实验一:共源级放大器性能分析一、实验目的1、掌握synopsys软件启动和电路原理图(schematic)设计输入方法;2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真;3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析,绘制曲线;4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响二、实验内容1、启动synopsys,建立库及Cellview文件。

CMOS模拟电路基本单元

CMOS模拟电路基本单元

i
VGS
VT
2
rout

1 gm
7
有源电阻分压电路及并联电阻
8
三、电流源和电流沉

电流沉与电流源电路是两端元件,其电流值受栅电压控制, 和加在MOS两端的电压无关。 一般来说,电流沉的负端电压接VSS,而电流源的正端电 压接Vdd。


MOS工作在饱和区。
V VMIN Vg VTN VSS


AV g m1 RD
28
六、CMOS差分放大器

在现代模拟集成电路设计中,CMOS差分放大器是一种应用非常广泛 的子电路; 差分放大器只对两个不同电压的差进行放大而不管其共模值 ; 在CMOS差分放大器中,最严重的是电压失调,其主要由MOS晶体管 尺寸的不匹配性及工艺偏差等因素造成的; 如果将差分放大器的两个输入端连在一起,在输出端所测到的电压为 输出失调电压。如果将这个电压除以放大器的差分电压增益,所得到 的失调电压称为输入失调电压; 在实际集成电路设计中,一般将直接测到的输出失调电压称为失调电 压,CMOS差分放大器的失调电压一般为2~20mV ;
电流源输出电阻提高技术
11
电流源输出电阻提高技术——Cascode
12
四、电流镜(电流放大器)

基本原理:如果两个NMOS(PMOS)的栅源电压相同,则沟道电流 13 也相同。
NMOS基本电流镜电路及特性
(1)输出输入电流比值是MOS晶体管尺寸的比例关系,完 全由集成电路设计人员控制; (2)当NMOS处于饱和态工作时,输出电流是随着VDS2的增 14
如果输入电流保持不变,当输出电流增加时,M3的栅电压减小,抑制 输出电流增加,所以保持了输出电流的恒定性

模拟CMOS集成电路设计(拉扎维)第5章无源和有源电流镜PPT课件

模拟CMOS集成电路设计(拉扎维)第5章无源和有源电流镜PPT课件
基于IREF,“复制”产生所需各电流
常转用换复为制电方流法是先把IREF转换为电压,在由该电压
西电微电子学院-董刚-模拟集成电路设计
77
基本电流镜-等量复制
镜面
基本电流镜
I REF
=
n C ox
W (VGS
VTH ) 2
2L
I out = ff 1( I REF ) = I REF
I REF = f (VGS )
模拟集成电路原理
第5章 无源与有源电流镜
11
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
22
明确几个概念
电流源
Current source
电流沉
Current sink
电流镜
Current Mirror
西电微电子学院-董刚-模拟集成电路设计
55
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100mV n 、VTH随温度变化
输出电压范围
大于M1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%
I OUT n Cox W ( R2 VDD
L L eff 2
drawn2
2LD= Ldrawn1 Leff 1= Ldrawn1 2LD Ldrawn1 2LD L L drawn2 eff 2 Ldrawn2 2LD Ldrawn2
结论: 取L1=L2,便于 获得期望的精确
电流值
西电微电子学院-董刚-模拟集成电路设计

CMOS模拟集成电路设计第5章—电流镜

CMOS模拟集成电路设计第5章—电流镜

11
电流镜作负载的差动对
3、电流镜作负载的差动对
• 3.1大信号分析
– Vin1-Vin2足够负时,M1、M3和M4均关断,M2和 M5工作在深线性区,传输的电流为0,Vout=0;
– 随Vin1-Vin2增长,M1开始导通,使ID5的一部分流 经M3,M4开启,Vout增长
– 当Vin1和Vin2相当时,M2和M4都处于饱和区 从VX抽取的电流以单位增益(近似), 由M3镜像到M4。则,
若2rO1,2>>(1/gm3)||rO3,
• 电路增益:
1
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I ss
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电流镜作负载的差动对
• 3.3 共模特性
– 电路不存在器件失配时
忽略rO1,2,并假设1/(2gm3,4)<<rO3,4,
9
共源共栅电流镜
– 低电压工作(大输出摆幅)的共源共栅电流镜 如图(a),共源共栅输入输出短接结构, 为使M1和M2处于饱和区,Vb应满足:
得到
,Vb有解
考察图(b),所有晶体管均处于饱和区,选择合 适的器件尺寸,使VGS2=VGS4,若选择
M3~M4消耗的电压余度最小(M3与M4过驱动 电压之和)。且可以精确复制IREF。
– 当Vin1=Vin2时,电路的输出电压 Vout=VF=VDD-|VGS3|
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13
电流镜作负载的差动对
• 3.2 小信号分析
(忽略衬偏效应)
– 方法一
利用 • 计算Gm
得到,
gm1Vin/2
gm1Vin/2 gm2Vin/2
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电流镜作负载的差动对
• 计算Rout

CMOS电流镜原理及应用分析

CMOS电流镜原理及应用分析
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。
4 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 所示。
43 003 3)
Abs tr act Curr ent mir ror is a basic for m in the analog int egrat ed circuits, which consists of two or more pa rallel cur rent br anches. They ar e in pr opor tion on certain r at io r elationship each other . Research and discussion on CMOS cir cuit m irr orps theory and technology is of important significance. This paper introduces CMps basic principle simply( based on NMOS CM) , analyses its application in difference amplif ier and demonstrates its char acter istics, and discusses a kind of high2swing CM st ruct ur e.
所以, 依据饱和区的萨氏方程, 参考支路的电流 I r
和输出支路的电流 I o 关系见下式

模拟集成电路无源与有源电流镜

模拟集成电路无源与有源电流镜
有源电流镜用于实现快速响应和低噪声的自动增益控制电路。
无源与有源电流镜混合应用案例
1 2 3
高速数据转换器
在高速数据转换器中,无源和有源电流镜可以结 合使用,以实现高带宽、低噪声和低功耗的性能。
音频和视频信号处理
在音频和视频信号处理电路中,无源和有源电流 镜可以协同工作,提供清晰、动态范围广的信号 输出。
03
有源电流镜
工作原理
复制源极电流
有源电流镜通过复制源极的电流,将 其传输到输出端,以实现电流的精确 复制和传输。
线性传输
有源电流镜在传输过程中保持电流的 线性关系,使得输出电流与源极电流 成正比,不受电压和温度变化的影响。
电压和电流放大
有源电流镜通常包含电压和电流放大 器,以调整和放大源极的电流,确保 在传输过程中保持电流的稳定性和精 度。
有源电流镜的优点包括高带宽和低功耗。然而,它们可能存 在误差和失调,并且在高精度应用中可能不够可靠。
05
实际应用案例
无源电流镜应用案例
电压基准源
无源电流镜可用于构建高精度的电压基准源,具 有低噪声、低温漂移和低功耗等优点。
运算放大器
无源电流镜作为运算放大器的输入级,能够提供 快速的响应速度和低噪声性能。
生物医学仪器
在生物医学仪器中,无源和有源电流镜的混合使 用可以实现高精度、低噪声的生理信号测量和放 大。
06
未来发展趋势与挑战
技术发展与挑战
技术创新
01
随着科技的不断进步,无源和有源电流镜技术也在不断发展,
面临着技术更新换代的挑战。
精度和稳定性
02
提高电流镜的精度和稳定性是无源和有源电流镜技术发展的重
医疗电子设备对于精度和稳定性要求极高,无源和有源电 流镜需要满足医疗设备的高标准要求,这也是一项巨大的 挑战。
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若2rO1,2>>(1/gm3)||rO3,
• 电路增益:
1
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I ss
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精品课件
• 3.3 共模特性
–电路不存在器件失配时
忽略rO1,2,并假设1/(2gm3,4)<<rO3,4,
则,
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–电路存在器件失配时
忽略rO1和rO2的影响, 考虑到结点F和X的变化相对较小,
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精品课件
1、基本电流镜
• 电流源的设计是基于对基准电流的“复制”;
• 两个都工作在饱和区且具有相等栅源电压的相同晶体管传 输相同的电流(忽略沟道长度调制效应)。
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精品课件
• 按比例复制电流 (忽略沟道长度调制效应)
得到
该电路可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响; Iout与IREF的比值由器件尺寸的比率决定。
IREF IOUT
请同学们思考:如果不采用
叉指结构,对电流复制会有 什么影响?
版图设计 4
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2、共源共栅电流镜
• 沟道长度调制效应使得电流镜像产生极大误差,
因此
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• 共源共栅电流源
为了抑制沟道长度调制的影响,可以 采用共源共栅电流源。共源共栅结构可 以使底部晶体管免受VP变化的影响。
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– 低压的共源共栅电流镜中的偏置Vb如何产生? 设计思路: 让Vb等于(或稍稍大于)VGS2+(VGS1-VTH1),
例1:在图a中,选择I1和器件的尺寸, 使M5产生VGS5≈VGS2,进一步调整M6的尺寸和Rb的 阻值,使VDS6=VGS6-RbI1 ≈VGS1-VTH1。
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精品课件
– 低电压工作(大输出摆幅)的共源共栅电流镜 如图(a),共源共栅输入输出短接结构, 为使M1和M2处于饱和区,Vb应满足:
得到
,Vb有解
考察图(b),所有晶体管均处于饱和区, 选择合适的器件尺寸,使VGS2=VGS4,若选择
M3~M4消耗的电压余度最小(M3与M4过驱 动电压之和)。且可以精确复制IREF。
忽略沟道长度调制效应!
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• 例子:
– 实际设计中,所有晶体管采用相同 的栅长,以减小由于源漏区边缘扩 散所产生的误差。
– 采用叉指结构。
如图,每个叉指的W为5±0.1μm ,则 M1和M2的实际的W为:
W1=5±0.1μm, W2=4(5±0.1)μm 则IOUT/IREF= 4(5±0.1)/0
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• 3.2 小信号分析
(忽略衬偏效应)
–方法一
利用 • 计算Gm
得到,
gm1Vin/2
gm1Vin/2 gm2Vin/2
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• 计算Rout
M1和M2用一个RXY=2rO1,2代替,RXY 从VX抽取的电流以单位增益(近似), 由M3镜像到M4。则,
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对源跟P点随的器影结响构等效为18
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ΔID1乘上M3的输出电阻得到vgs3, vgs3=vgs4,可以得到ID4的变化量为
Vgs3=Vgs4
忽略rO1和rO2的影响,则电路的输出阻抗为rO4,
ΔID4电流与ΔID2电流之差将流经rO4 ,且gm3=gm4,
因此,
若rO3>>1/gm3
缺点:由于①M2有衬偏效应,而M5没有 ② 实际中RbI1大小不好控制,产生误差。
例2:在图b中,采用二极管连接的M7代替 电阻。在一定I1下,选择大(W/L)7,从而VGS7 ≈VTH7,这样Vb=VGS5+VGS6-VTH7
缺点:虽然不需要电阻,但M2有衬偏效 应,而M5没有,仍会产生误差。
09.08.–202因0 此,设计中给出余量。
• 共源共栅电流镜
–共源共栅电流镜
确定共源共栅电流源的偏置电压Vb,采 用共源共栅电流镜结构。
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– 共源共栅电流镜消耗了电压余度 忽略衬偏效应且假设所有晶体管都是相同的,则P点所允许的
最小电压值等于
VP =
比较于
余度损耗的共源共栅电流镜
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最小余度损耗的共源共栅电流源
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3、电流镜作负载的差动对
• 3.1大信号分析
– Vin1-Vin2足够负时,M1、M3和M4均关断,M2和M5工 作在深线性区,传输的电流为0,Vout=0;
– 随Vin1-Vin2增长,M1开始导通,使ID5的一部分流 经M3,M4开启,Vout增长
– 当Vin1和Vin2相当时,M2和M4都处于饱和区,产 生一个高增益区。
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比无器件失配时多此项
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小结
• 1、基本电流镜——电路复制 • 2、共源共栅电流镜——提高复制精度 • 3、大输出摆幅的共源共栅电流镜 • 4、电流镜作负载的差动对
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– 当Vin1-Vin2变得正的多时,ID1↑,|ID3|↑, |ID4|↑的趋势,ID2 ↓,最终导致M4进入线性区
– 当Vin1-Vin2足够正时,M2关断,M4的电流为0且处 于深线性区,Vout=VDD
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–输入共模电压的选择 为使M2饱和,输出电压不能
小于Vin,CM-VTH,因此,为了提高 输出摆幅,应采用尽量低的输 入共模电平,输入共模电平的 最小值为VGS1,2+VDS5,min。 –当Vin1=Vin2时,电路的输出电压 Vout=VF=VDD-|VGS3|
精品课件
CMOS模拟集成电路设计
电流镜
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提纲
• 1、基本电流镜 • 2、共源共栅电流镜 • 3、电流镜作负载的差动对
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精品课件
Review:MOS电流源
• 处于饱和区的MOS管可以作为一种电流源
Iou I tD 1 2n C oW L x(V G S V t) h 2 (1 V D)S
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