威尔逊恒流源设计
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根据各管的电流可知，A点的电流方程为
所以
在B点图2
整理可得
当β=10时， ，可见，在β很小时也可以为 ， 受基极电流影响很小。
c)基于NMOS的基本电流镜
NMOS基本电流镜由两个NMOS晶体管组成，如图3所示。
考虑沟道长度调制效应的晶体管饱和区电流方程：
M1管的栅源相接，知VGS=VdS,有 VGS-VT1<VdS 器件M1一定工作在饱和区。
9存档，关闭所有窗口。
改进型威尔逊电流源版图
DRC验证
五、结论与展望
本次课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，掌握集成电路CAD设计的一般方法，根据题目要求选择设计方案。学会使用cadence软件对版图进行设计、分析和DRC验证，能够以cadence软件为基础设计功能完整的电路版图。并根据电路设计和计算，绘制版图。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。千里之行始于足下，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
与NMOS基本电流镜相比，威尔逊电流镜的输出电阻较大，这意味着其恒特性优于基本电流镜。提高输出电阻的基本原理是M1的源极是M2形成的串 联电流负反馈。
电路中M2在相当于串联有源电阻，构成串联电流负反馈；
I0↑→VGS2↑→VGS3=VDD—VGS2↓→I0↓→I0趋于恒流。
右图中，由于VDS1=VGS3+VGS2，而VGS1=VGS2，所以：VDS1>VGS1，因此M1一定工作在饱和区，所以根据饱和萨氏方程可得：
四、版图设计以及DRC校验
Cadence平台中绘制版图的步骤
1输入icfb&启动cadence
2启动Layout Editor，在命令解释窗口CIW中，选择File→Open，设置
如下：Library Nameinv
Cell Nameinv
View Name layout2
点击OK，打开design的空白窗口以及LSW窗口。
6窗口左侧为常用命令的快捷方式图标栏（Icon Bar），从上到下为：检查并存档（Check and Save）、Delete（删除）、ruler（标尺）等。
7选择菜单栏命令或者点击快捷图标，又或按盲键都可实现对版图的编辑，lab7将设计nmos管版图。
8LSW窗口直接关系到版图的设计，从lab6开始，以后的实验中将经常使用LSW，此处从略。
镜像电流源电路简单，应用广泛。但是，在电源电压 一定的情况下，若要求 较大，根据式 ， 势必增大，R的功耗也就增大这是集成电路中应当避免的；若要求 很小，则 的数值必然很大，这在集成电路中是很难做到的。因此，就派生了其他类型的电流源，威尔逊电流源就是通过改进设计的一种。
b)威尔逊电流源
图2为基于PNP管的威尔逊电流源电路， 为输出电流。T1管c-e串联在T2管的发射极，其作用与典型工作点稳定电路中的Re相同。因为c-e间等效电阻非常大，所以可使Ic2高度稳定。图中T0、T1和T2管的特性完全相同，因而 ， 。
e) 改进型威尔逊电流源
与基本电流镜结构相比，威尔逊电流源具有更大的输出阻抗，所以其恒流特性得到了很大的提高，且只采用了三个MOS管，结构简单，并可应用在亚阈值区。但是图4中M3与M2的漏源 电压仍不相同，因此提出了一种改进型的威尔逊电 流源，如图5所示。改进型威尔逊电流镜中，M4晶体管构成的有源电阻“消耗”了一个VGS，使M1、M2的源漏电压VDS相等。这样，IR与I0以一个几乎不变的比例存在。
三、设计的具体实现
a)镜像电流源
图1为基于三极管的镜像电流源电路，它由两只特性完全相同的管子T0和T1构成由于T0的管压降Uceo与其b-e之间电压Ubeo相等，从而保证T0工作在放大状态，而不可能进入饱和状态，故其集电极电流 。T0和T1的b-e间电压相等，故它们的基电流 = = ，而由于电流放大系数 ，故集电极电流 。可见，由于电路的这种特殊接法，使 和 呈镜像关系，故称此电路为镜像电流源。 为输出电流。
3浏览inv版图设计窗口，最顶部显示为：Virtuoso Layout Editing：inv invlayout2，显示当前编辑的版图名称。
4顶部第二行状态栏（Status Bar）以红色显示x与y的坐标，在编辑中，常常需要位置的准确量度，坐标精度为0.1um。
5顶部第三行以红色显示菜单栏（Menu），从左到右为：Tools（工具）、Edit（编辑）、Route（布线）等。
《集成电路CAD》课程设计报告
班级：xxxxxxxxxx
学号：xxxxxxxxxx
姓名：xxxxxxx
指导教师：xxxx
一、设计要求
威尔逊恒流源电路版图设计
二、设计目的
集成运放电路中的晶体管和场效应管，除了作为放大管外，还构成电流镜电路，为各级提供合适的静态电流；或作为有源负载取代高阻值的电阻，从而提高放大电路的放大能力。本设计通过对基本电流镜的改进，设计改进型电流源—威尔逊电流源。
电阻R中的电流为基准电流，其表达式为：
所以集电极电流
当 时，输出电流
图1
集成运放中纵向晶体管的β均在百倍以上，因而上式成立。当Vcc和R的数值一定时， 也就随之确定。
镜像电流具有一定的温度补偿作用，简述如下：
温度上升时 增大， 增大， 使 增大， 增大 减小， 减小 减小。
当温度降低时，电流、电压的变化与上述过程相反，因此提高了输出电流 的稳定性。
2.（美）拉扎维·模拟CMOS集成电路设计·西安交通大学出版社·2003年2月
3.曾庆贵 姜玉稀·集成电路版图设计教程·上海科学技术出版社·2012年3月
本次的设计基本上能够完成基本的功能，但是还有不足之处。比如在没有设计到版图所能实现的最小体尺寸。另外，对电路的可靠性，功耗等没有具体的验证，但是希望在以后的学习之中，通过知识的积累和经验的增长能够在设计上不断的完善，让设计更加的完美和可靠。
六、参考文献
1.童诗白 华成英·模拟电子技术基础（第四版）·高等教育出版社·2012年3月
如果给M2提供合适的偏置电压，使其也工作在饱和区则有
图3
假定两个管子的材料一样，且阀值电压一样，则
只要选择好两个管的栅级宽长比，就可实现输出电流I0与输入电流Ir按比例输出。
当忽略了沟道调制效应时，参考电流Ir和输出电流I0的关系为
d)基于NMOS的威尔逊电流源
NMOS基本电流镜因为沟道长度调制效应的作用，交流输出电阻变小。从电路理论可知，采用串联负反馈也可以提高电路的输出电阻。威尔逊电流镜正是这样的结构。
图5
图5中引入了二极管连接的MOS管M4。根据饱和萨氏方程，Io/IR的表达式与上式相同，Байду номын сангаас有：VDS1＝VGS2＋VGS3－VGS4。设定VGS3＝VGS4，则有VDS1＝VGS2= VDS2，则有：
上式表明，该结构很好消除了沟道调制效应，是一精确的比例电流源。而且只需四个MOS管就可实现，因此有较广泛的应用。这种结构也可用于亚阈值区域作为精确的电流镜使用。而要达到VGS4=VGS3，根据饱和萨氏方程可以得到其条件为：
由于VDS2＝VGS2，VDS1=VGS2＋VGS3，即VDS1≠VDS2，所以在这种电流源中，Io/IR的值不仅与M1、M2的几何尺寸相关，还取决于VGS2与VGS3的值。图4
根据交流小信号等效电路，可求出电路的输出阻抗。忽略M3的衬偏效应，则有：
假定gm1=gm2=gm3，且gm1rds1>>1，则上式可简化为：
所以
在B点图2
整理可得
当β=10时， ，可见，在β很小时也可以为 ， 受基极电流影响很小。
c)基于NMOS的基本电流镜
NMOS基本电流镜由两个NMOS晶体管组成，如图3所示。
考虑沟道长度调制效应的晶体管饱和区电流方程：
M1管的栅源相接，知VGS=VdS,有 VGS-VT1<VdS 器件M1一定工作在饱和区。
9存档，关闭所有窗口。
改进型威尔逊电流源版图
DRC验证
五、结论与展望
本次课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，掌握集成电路CAD设计的一般方法，根据题目要求选择设计方案。学会使用cadence软件对版图进行设计、分析和DRC验证，能够以cadence软件为基础设计功能完整的电路版图。并根据电路设计和计算，绘制版图。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。千里之行始于足下，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
与NMOS基本电流镜相比，威尔逊电流镜的输出电阻较大，这意味着其恒特性优于基本电流镜。提高输出电阻的基本原理是M1的源极是M2形成的串 联电流负反馈。
电路中M2在相当于串联有源电阻，构成串联电流负反馈；
I0↑→VGS2↑→VGS3=VDD—VGS2↓→I0↓→I0趋于恒流。
右图中，由于VDS1=VGS3+VGS2，而VGS1=VGS2，所以：VDS1>VGS1，因此M1一定工作在饱和区，所以根据饱和萨氏方程可得：
四、版图设计以及DRC校验
Cadence平台中绘制版图的步骤
1输入icfb&启动cadence
2启动Layout Editor，在命令解释窗口CIW中，选择File→Open，设置
如下：Library Nameinv
Cell Nameinv
View Name layout2
点击OK，打开design的空白窗口以及LSW窗口。
6窗口左侧为常用命令的快捷方式图标栏（Icon Bar），从上到下为：检查并存档（Check and Save）、Delete（删除）、ruler（标尺）等。
7选择菜单栏命令或者点击快捷图标，又或按盲键都可实现对版图的编辑，lab7将设计nmos管版图。
8LSW窗口直接关系到版图的设计，从lab6开始，以后的实验中将经常使用LSW，此处从略。
镜像电流源电路简单，应用广泛。但是，在电源电压 一定的情况下，若要求 较大，根据式 ， 势必增大，R的功耗也就增大这是集成电路中应当避免的；若要求 很小，则 的数值必然很大，这在集成电路中是很难做到的。因此，就派生了其他类型的电流源，威尔逊电流源就是通过改进设计的一种。
b)威尔逊电流源
图2为基于PNP管的威尔逊电流源电路， 为输出电流。T1管c-e串联在T2管的发射极，其作用与典型工作点稳定电路中的Re相同。因为c-e间等效电阻非常大，所以可使Ic2高度稳定。图中T0、T1和T2管的特性完全相同，因而 ， 。
e) 改进型威尔逊电流源
与基本电流镜结构相比，威尔逊电流源具有更大的输出阻抗，所以其恒流特性得到了很大的提高，且只采用了三个MOS管，结构简单，并可应用在亚阈值区。但是图4中M3与M2的漏源 电压仍不相同，因此提出了一种改进型的威尔逊电 流源，如图5所示。改进型威尔逊电流镜中，M4晶体管构成的有源电阻“消耗”了一个VGS，使M1、M2的源漏电压VDS相等。这样，IR与I0以一个几乎不变的比例存在。
三、设计的具体实现
a)镜像电流源
图1为基于三极管的镜像电流源电路，它由两只特性完全相同的管子T0和T1构成由于T0的管压降Uceo与其b-e之间电压Ubeo相等，从而保证T0工作在放大状态，而不可能进入饱和状态，故其集电极电流 。T0和T1的b-e间电压相等，故它们的基电流 = = ，而由于电流放大系数 ，故集电极电流 。可见，由于电路的这种特殊接法，使 和 呈镜像关系，故称此电路为镜像电流源。 为输出电流。
3浏览inv版图设计窗口，最顶部显示为：Virtuoso Layout Editing：inv invlayout2，显示当前编辑的版图名称。
4顶部第二行状态栏（Status Bar）以红色显示x与y的坐标，在编辑中，常常需要位置的准确量度，坐标精度为0.1um。
5顶部第三行以红色显示菜单栏（Menu），从左到右为：Tools（工具）、Edit（编辑）、Route（布线）等。
《集成电路CAD》课程设计报告
班级：xxxxxxxxxx
学号：xxxxxxxxxx
姓名：xxxxxxx
指导教师：xxxx
一、设计要求
威尔逊恒流源电路版图设计
二、设计目的
集成运放电路中的晶体管和场效应管，除了作为放大管外，还构成电流镜电路，为各级提供合适的静态电流；或作为有源负载取代高阻值的电阻，从而提高放大电路的放大能力。本设计通过对基本电流镜的改进，设计改进型电流源—威尔逊电流源。
电阻R中的电流为基准电流，其表达式为：
所以集电极电流
当 时，输出电流
图1
集成运放中纵向晶体管的β均在百倍以上，因而上式成立。当Vcc和R的数值一定时， 也就随之确定。
镜像电流具有一定的温度补偿作用，简述如下：
温度上升时 增大， 增大， 使 增大， 增大 减小， 减小 减小。
当温度降低时，电流、电压的变化与上述过程相反，因此提高了输出电流 的稳定性。
2.（美）拉扎维·模拟CMOS集成电路设计·西安交通大学出版社·2003年2月
3.曾庆贵 姜玉稀·集成电路版图设计教程·上海科学技术出版社·2012年3月
本次的设计基本上能够完成基本的功能，但是还有不足之处。比如在没有设计到版图所能实现的最小体尺寸。另外，对电路的可靠性，功耗等没有具体的验证，但是希望在以后的学习之中，通过知识的积累和经验的增长能够在设计上不断的完善，让设计更加的完美和可靠。
六、参考文献
1.童诗白 华成英·模拟电子技术基础（第四版）·高等教育出版社·2012年3月
如果给M2提供合适的偏置电压，使其也工作在饱和区则有
图3
假定两个管子的材料一样，且阀值电压一样，则
只要选择好两个管的栅级宽长比，就可实现输出电流I0与输入电流Ir按比例输出。
当忽略了沟道调制效应时，参考电流Ir和输出电流I0的关系为
d)基于NMOS的威尔逊电流源
NMOS基本电流镜因为沟道长度调制效应的作用，交流输出电阻变小。从电路理论可知，采用串联负反馈也可以提高电路的输出电阻。威尔逊电流镜正是这样的结构。
图5
图5中引入了二极管连接的MOS管M4。根据饱和萨氏方程，Io/IR的表达式与上式相同，Байду номын сангаас有：VDS1＝VGS2＋VGS3－VGS4。设定VGS3＝VGS4，则有VDS1＝VGS2= VDS2，则有：
上式表明，该结构很好消除了沟道调制效应，是一精确的比例电流源。而且只需四个MOS管就可实现，因此有较广泛的应用。这种结构也可用于亚阈值区域作为精确的电流镜使用。而要达到VGS4=VGS3，根据饱和萨氏方程可以得到其条件为：
由于VDS2＝VGS2，VDS1=VGS2＋VGS3，即VDS1≠VDS2，所以在这种电流源中，Io/IR的值不仅与M1、M2的几何尺寸相关，还取决于VGS2与VGS3的值。图4
根据交流小信号等效电路，可求出电路的输出阻抗。忽略M3的衬偏效应，则有：
假定gm1=gm2=gm3，且gm1rds1>>1，则上式可简化为：