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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
镜减小了一个阈值电压VT, 低压共源共栅电流镜由此得
名。
二 • 共源共栅电流镜
低压共源共栅电流镜V 的产生
r
03(4)
三 • 有源电流镜 有源负载差动对的小信号增益（6）
∴(1+
r
01(2)
)V
=g
r
V
0 m1(2) 01(2) in
r
03(4)
∴A
V
0
=
gr
m1(2) 01(2)
=
=g
(r
//r
这就是输出结点的小信
) 号增益！
V
m1(2) 01(2) 03(4)
Vr
in
01(2)
1+
r
03(4)
V
3
A
=
ΔV
out
CM
ΔV
in,CM
三 • 有源电流镜 有源负载差动对的共模增益
负载电阻
−
1
r
o3,4
||
A
≈
2g
m3,4
2=
−1
g
m1,2
CM
1 +R
1 + 2g R g m1,2 SS m3,4
R
D
V =V +V
Xmin on3 B(A)
M3退出饱和 = V +(V - V )+ V
on3 GS1(2) T T
M2退出饱和
=V +V +V
on3 on2 T
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!
二 • 共源共栅电流镜
三 • 有源电流镜
有源负载差动对的小信号增益（3）
1 V = V +I (R + r // )
0 eq X eq 03(4)
g
m3(4)
将虚框内电路看成一个大节点,由KCL可得:
V
V
0
3
- = 2g V + = 2I +I
m3(4) 3
1 r03(4)
r
r
03(4)
03(4)
有源负载差动对的小信号增益（4）
A
D
REF
GS3
2I
REF
+ V -I R ≤ V
T
REF
T
β
3
∴I ≥ REF
2
∴
2
2
≤I
≤
V
T
L
L
(1 )
βR
2
REF
3
βR
R
3
(1)式有解要求:
2
V
2
≤ T ⇒ R≥
2
βR
R
βV
3
3T
二 • 共源共栅电流镜
例：假定λ＝γ＝0，IR=100uA，µnCox＝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
静态时(Vin1=Vin2) ,如果电路完全对称,则 VF=Vout, 证明如下: 假定VF>Vout (即ID3<ID4), 则 由于沟道调制效应ID1>ID2, 因ID1=ID3, ID2=ID4, 故ID3>ID4, 这与假设矛盾; 反之也成立, 故必 有VF=Vout
三 • 有源电流镜
有源负载差动对的不对称摆幅
三 • 有源电流镜
带有源电流镜的差动对
也称“有源”负载
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
三 • 有源电流镜
有源负载差动对的大信号分析
大信号时, V0max=VDD, V0min=0
M2饱和要求: V0min≥Vin-VT 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。
out o2 o4 ,
o1,2
m3
o3
A ≈ g (r ||r ) v m1,2 o2 o4
三 • 有源电流镜
如何求有源负载差动对的小信号增益？
在有源负载的基本差分对中，因电路实际上 不是完全对称，P点如果不看作是虚地呢， 我们用戴维南定理来求其小信号增益。
三 • 有源电流镜
有源负载差动对的小信号增益（1）
A 2g r
VY
m3(4) 03(4)
Hale Waihona Puke 1I1∴A
V
3
=≈
g
m3(4)
=
VX
gr
m1(2) 01(2)
<<g (r //r )=A m1(2) 01(2) 03(4) VY
V V 2g (r +r )
in
in
m3(4) 01(2) 03(4)
三 • 有源电流镜 有源负载差动对的共模特性
共模增益的定义:
+λ
V
)
D1 ref
n,1 1 GS,1 TH,1
1 DS,1
2L
I =I
= 1 k′
W ( ) (V
−V
2
) (1
+λ
V
)
D2 out
n,2 2 GS,2 TH,2
2 DS,2
2L
I
out
I
ref
= 1 + λV DS2 1 + λV
DS1
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
V
V
0
3
- =2g V + =2I +I ≈2I
m3(4) 3
1 r03(4) X
r
03(4)
代 入
r
03(4)
I=
r
03(4)
I ≈I
1
XX
1
r+
03(4)
1
g
m3(4)
g
1
m3(4)
I=
I=
I <<I ≈I
r03(4)
X
X
X1
1 1+g r
r+
m3(4) 03(4)
03(4)
g
m3(4)
三 • 有源电流镜
b 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。
m3
m3
ΔVY ≈ΔI(r04//r02)≈gm1(2)ΔVin(r04//r02)
∴A
ΔV
Y
= ≈g
(r //r )
Y
m1(2) 04 02
ΔV
in
显然AY >> AX
三 • 有源电流镜
利用半电路近似计算 G
m
为了简化计算， 可认为P点是 虚地，稍后来 作个比较
I = I = I = g V /2 D1 D3 D4 m1,2 in
Rin=1/gm3
Rin=r04
即AX≠AY
为理解有源差动对的不对称摆幅, 假定λ=0, 则流 过M1、M2的小信号电流△ I/2=gm1（2）△Vin/2大小 相等,方向相反。
∴A
ΔV g
X
m1(2)
=≈
X
ΔV 2g
