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第五章无源与有源电流镜 简单偏置的电流源 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？ 基准电流的简单“复制” 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？ 电流镜运用举例 基本电流镜的误差 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? 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 。 基本共源共栅电流镜的摆幅问题 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 基本共源共栅电流镜摆幅损失的原因 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。 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镜减小了一个阈值电压VT, 低压共源共栅电流镜由此得名。 低压共源共栅电流镜Vb的产生 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。 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: M1饱和时, VD≥VA-VT,又因为: (1)式有解要求: 例：假定?＝?＝0，IR=100uA，?nCox＝1.44?10-5A?V-2 M1～M8的（W/L）均为400u/5u，完成如下问题： 1. 求图（1）电路的Vomin，并求VA, VB的值。 2. 求图（2）电路的Vomin，并求VC, VD以及电阻R的值 带有源电流镜的差动对 该电路的重要特性是将差动输入信号变成了单端输出信号，完成了“双—单端”变换 也称“有源”负载 有源负载差动对的大信号分析 大信号时, V0max=VDD, V0min=0 V0min≥Vin-VT M2饱和要求: 上式表明小信号时V0min依赖于输入共模电平的大小, 为得到最大输出摆幅, 输入共模电平必须尽可能低, 输出摆幅与输入共模电平之间的矛盾是该电路的一个缺陷。 静态时(Vin1=Vin2) ,如果电路完全对称,则 VF=Vout, 证明如下: 假定VFVout (