自偏置电流镜、wilson和cascode电流镜、低压自偏置电流镜

已于 2024-07-03 17:17:00 修改
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分类专栏： 拉扎维 文章标签： 学习 笔记
于 2024-04-09 22:13:16 首次发布
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/pickweb/article/details/137569189
本文详细探讨了自偏置电流镜的设计原理，包括自启动电路的不同实现方式，如cascode低压设计及充放电过程。重点分析了电阻偏置和MOS偏置在低压环境中的应用，以及威尔逊电流镜与cascode电流镜的输出阻抗和最小输出电压特性对比。

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另一篇总结：为什么会低压

1.自偏置电流镜

参考1：正确偏置和自启动电路
正确偏置：
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2.自启动电路

参考2：两种自启动电路、cascode低压设计、自启动充放电过程分析
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3.低压自偏置电流镜

参考3：电阻偏置分析
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Vb=Vgs3+Vod=Vgs1+Vod

4.电阻偏置和MOS偏置的分析

参考4：低压三种偏置方法
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参考5：清华电流镜教材

5.威尔逊电流镜与cascode电流镜：

输出阻抗、最小输出电压对比
威尔逊电流镜
cascode电流镜
Vout最小值都为2Vod+Vt

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自偏置电流镜设计实例
aonuanjiang的博客
03-11 1万+
自偏置电流镜设计实例 一、概述 ​ 众所周知，电流镜属于模拟电路设计中的一个基本模块，可为其他模块提供偏置电流，例如在放大器中提供偏置电流以形成尾电流源并确定直流偏置点。本文将会介绍一种自偏置的电流镜，从原理出发，并以0.18um的工艺进行设计和仿真。 二、原理 ​ 如图一所示的电路，也称之为Beta-multiply reference电路，其中M2的尺寸是M1的k倍。M3复制M4的电流，M2和M1的漏极电流相同，但是VGS并不相等。其中 VGS=2IμnCoxW/...
【模拟CMOS集成电路设计】第五章 电流镜与偏置
m0_56997192的博客
06-15 8618
电流镜复制出来的电流不受PT（工艺和温度）的影响；但是受V（电源电压）的影响（也受GND的影响）一个复制过的电流再次被复制，这样的电流就不像原来那样纯洁了，电流复制过程中会有随机失配，故应避免长的电流链。（1）电流镜中两边mos管要采用相同的栅长，若栅长不相同，源和漏的横向扩散（会使电流的复制产生误差：当加倍时，未加倍。而且，短沟道的阈值电压对沟道长度有依赖作用。因此，电流之比只能通过调节晶体管宽度来实现。
电子技术——IC偏置-电流源、电流镜、电流舵
jiahonghao2002的博客
02-07 7586
IC偏置设计基于恒流源技术。在IC中的一个特定的区域，会生成一个精确的DC电流，这称为参考电流，之后通过电流镜复制到各个所需支路，并且通过电流舵进行电流转向。这项技术为IC的多级放大器提供了稳定精确的电流。
低压自偏置共源共栅电流镜
pickweb的博客
09-04 8471
自偏置电流镜
HBT偏置：有源电流镜偏置
钢丝
05-10 3610
文献：2013 GaAs_HBT-MMIC功率放大器的设计_杨务诚   射频电路中不可缺少的电路单元就是偏置网络。偏置的作用是在某些特定条件下给有源器件提供一个合适的静态工作点以保证工作特性稳定，同时抑制晶体管参数随温度变化而产生的影响。   由于功率放大器在实际应用中不会长时间地工作在最大功率状态，因此在设计过程中，要实现在较大的功率范围内都要具备较高的效率，这就需要选择一个合适的偏置网络。   本文设计了一个自适应线性化的偏置电路，这样功率放大器的工作电流可以随输入信号功率的增大而变大，提高了功率放大器
【模拟IC学习笔记】 电流偏置的设计
努力学习的IC小白
05-05 4667
电流偏置的设计，如何选取cascode电流镜的管子尺寸，考虑失配，噪声，输出阻抗等因素。
电流镜中cascode效应的学习笔记.docx
06-26
### 电流镜中Cascode效应学习笔记 #### Cascode效应介绍 在电子学领域中，Cascode结构是一种常被用于改善电路性能的...此外，共源共栅电流镜和放大器的设计进一步展示了Cascode技术在模拟电路设计中的重要性和灵活性。
关于偏置电路，电流镜结构，基准电路的思考【进行中】
Lennon_Code的博客
03-31 3736
···············待续~
模拟电路设计中电流镜失配分析与优化：基于Cadence的五管OTA实例解析
04-06
内容概要：本文详细介绍了电流镜在模拟电路设计中的失配问题及其解决方案，特别是针对一级电流镜和Cascode电流镜的结构特点进行了深入剖析。文章首先解释了电流镜失配的根本原因在于工艺波动带来的参数偏差，如Vth、...
电流镜运放失配分析：基于Cadence仿真的基础训练与实用指南
04-29
首先解释了两种典型的一级电流镜（基础款和Cascode型），并对比了它们在面对工艺波动和器件失配时的表现。接着以五管OTA运放为例，具体讲解了如何利用Cadence进行失配分析，包括蒙特卡洛仿真设置、失配贡献分解以及...
仿真电流镜输入偏置电流的方法
08-12
仿真电流镜输入偏置电流的方法
电源技术中的仿真电流镜输入偏置电流的方法
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仿真电流镜输入偏置电流的方法 作者:Johan Bauwelinck， Gent University, Gent,Belgium 仿真电流镜的输出偏置电流是很简单的。您只需加上输入电流和测量输出电流，再计算它们的差就行了。然而，输出偏置电流不等于输入偏置电流，尤其当电路不是 1：1 电流镜时。高度精确地仿真输入偏置电流是比较复杂的。假设您正在处理
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07-23
电流镜的一些简单介绍，以及改进电路的介绍及计算
电流镜与差分放大
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介绍差分放大器的基本概念、电路和性能，说明差分放大器在模拟集成电路设计中的作用。最后讨论电流镜负载的双端输入单端输出的 差分放大电路的性能。
电流镜
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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...
电流镜电流--第10学时
集成电路设计那些事儿
04-19 6658
第10学时，电流镜电路，​已发布，详见网易云课堂系列精品课程：《CMOS模拟集成电路设计》，由陈博士主讲，​链接地址： https://study.163.com/course/introduction.htm?share=2&shareId=400000000676048&courseId=1209196830&trace_c_p_k2=ac8519be43c84faa8...
第5章 电流镜与偏置技术
weixin_45861827的博客
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电流镜与偏置技术
拉扎维学习——电流镜
2301_76930121的博客
01-18 3631
如图（a），为了保证较大的电压裕度，M3的栅压Vb自由设计，所以让其设计的很低，保证M2饱和即可，此时：𝑽𝒃=𝑽𝑮𝑺𝟑+𝑽𝑮𝑺𝟐−𝑽𝑻𝑯𝟐。所以输出点的最小电压𝐕𝐨𝐮𝐭=𝑽𝒃−𝑽𝑻𝑯𝟑≈𝟎.𝟗𝟒𝟑−𝟎.𝟖𝟔𝟖≈𝟎.𝟎𝟕𝟓𝐕，这大大增加的输出点的电压裕度。所以输出端P点的最低电压：（𝑽𝑷）𝒎𝒊𝒏=𝑽𝒃−𝑽𝑻𝑯𝟑=𝑽𝑮𝑺𝟑−𝑽𝑻𝑯𝟑+𝑽𝑮𝑺𝟐−𝑽𝑻𝑯𝟐=𝟐𝑽𝑶𝑫。可以看到偏置电
cascode电流镜
是抹茶味的啊的博客
09-26 2370
下面的镜像管决定电流。
折叠式共源共栅放大器增益表达式
最新发布
05-11
<think>嗯，用户现在想查找折叠式共源共栅放大器的增益表达式，包括推导过程和相关公式分析。我之前已经回答过折叠式共源共栅放大器的设计原理，里面提到了输入级、共源共栅级、电流镜负载等模块，但没有详细展开增益的推导。现在用户需要具体的公式和推导步骤，所以我得仔细整理这方面的内容。 首先，用户提供的引用中提到了几个关键点：引用[3]说明共源共栅结构可以放大输出电阻，引用[4]提到输出电阻ro的影响因素，引用[5]讨论了负载电阻的影响。这些都可能和增益计算有关，因为增益通常等于跨导乘以输出电阻，而输出电阻在共源共栅结构中被放大。 折叠式共源共栅放大器的增益公式通常是Gm * Rout，其中Gm是等效跨导，Rout是总输出电阻。需要分解这两个部分的推导过程。根据共源共栅结构的特点，输出电阻由共源管和共栅管的输出电阻共同决定，可能涉及串并联关系。比如，引用[3]提到M2管将M1的输出电阻放大为(gm2 + gmb2)ro2倍，这可能对应共源共栅级的输出电阻计算。 另外，用户之前的问题中，我的回答里提到了小信号模型参数gm和ro的计算，可以用Python示例代码展示。现在需要将这些参数应用到增益推导中，可能需要画出小信号模型，分析各部分的阻抗，然后综合得到总增益。 用户提供的引用[2]提到密勒定理用于简化电路分析，但这里是否适用？折叠式结构可能更适合直接用小信号分析，而不是密勒等效，但需要确认。引用[1]提到使用戴维南等效，这可能帮助简化某些部分的计算，但增益推导可能还是需要传统的小信号分析步骤。 需要注意，用户可能需要详细的步骤，而不是简略的结论。比如，如何从晶体管的跨导和输出电阻推导出整个放大器的总跨导和总输出电阻。此外，可能需要考虑负载的影响，比如电流镜负载的阻抗如何与共源共栅级的输出阻抗结合。 可能的推导步骤包括：确定输入级的跨导，分析共源共栅级的输出阻抗，计算电流镜负载的阻抗，最后综合得到总输出阻抗和总增益。同时，要处理各晶体管的工作状态，确保都处于饱和区，这对增益的准确性很重要。 需要检查是否有遗漏的关键因素，比如体效应（gmb）的影响，这在引用[3]中提到过，会影响输出电阻。因此，在推导中可能需要包含gmb的项。 最后，确保公式使用$$...$$格式，行内变量用$...$，并且引用之前的文献引用，比如引用[3]和[4]来支持推导中的步骤。同时，生成相关问题，帮助用户进一步理解。</think>### 折叠式共源共栅放大器增益表达式推导与分析 #### 增益表达式核心公式 折叠式共源共栅放大器的电压增益 \( A_v \) 可表示为： $$ A_v = -g_{m1} \cdot R_{\text{out}} $$ 其中： - \( g_{m1} \) 是输入级晶体管（例如 M1）的跨导； - \( R_{\text{out}} \) 是放大器的总输出电阻[^3]。 #### 推导步骤详解 ##### 1. **输出电阻 \( R_{\text{out}} \) 的构成** 折叠式共源共栅结构的输出电阻主要由 **共源共栅级** 和 **负载电流镜** 共同决定。其表达式为： $$ R_{\text{out}} = \left[ (g_{m2} + g_{mb2}) r_{o2} r_{o1} \right] \parallel r_{o3} $$ - \( g_{m2}, r_{o1}, r_{o2} \): 共源共栅级晶体管（M1 和 M2）的跨导与输出电阻； - \( g_{mb2} \): M2 的体效应跨导（若衬底与源极未短接）； - \( r_{o3} \): 电流镜负载（例如 M3）的输出电阻[^3][^4]。 **推导过程：** - **共源共栅级的输出电阻**： M1 的漏极电阻为 \( r_{o1} \)，M2 的共栅连接将其放大为 \( (g_{m2} + g_{mb2}) r_{o2} r_{o1} \)。这一结果来源于对共源共栅级小信号模型的分析，通过将 M2 的栅极接地，计算从 M1 漏极向上看的阻抗[^3]。 - **电流镜负载的并联效应**： 电流镜负载的等效输出电阻 \( r_{o3} \) 与共源共栅级的输出电阻并联，最终决定总输出电阻 \( R_{\text{out}} \)。 ##### 2. **跨导 \( g_{m1} \) 的作用** 输入级差分对的跨导 \( g_{m1} \) 将输入电压转换为电流 \( I_{\text{out}} = g_{m1} V_{\text{in}} \)，该电流流经输出电阻 \( R_{\text{out}} \) 后产生输出电压 \( V_{\text{out}} = -I_{\text{out}} R_{\text{out}} \)，因此增益为 \( -g_{m1} R_{\text{out}} \)[^1]。 ##### 3. **完整增益公式** 将上述两部分结合，得到： $$ A_v = -g_{m1} \cdot \left( \frac{(g_{m2} + g_{mb2}) r_{o2} r_{o1} \cdot r_{o3}}{(g_{m2} + g_{mb2}) r_{o2} r_{o1} + r_{o3}}} \right) $$ 若 \( r_{o3} \gg (g_{m2} + g_{mb2}) r_{o2} r_{o1} \)，则简化为： $$ A_v \approx -g_{m1} (g_{m2} + g_{mb2}) r_{o2} r_{o1} $$ --- #### 关键参数影响分析 1. **晶体管尺寸（W/L）** \( g_m \propto \sqrt{W/L} \)，增大输入级宽长比可提高增益，但会牺牲带宽和功耗。 2. **输出电阻 \( r_o \)** \( r_o \propto 1/\lambda \cdot L \)，长沟道器件（大 L）或低沟道调制效应（小 \( \lambda \)）能显著提升 \( R_{\text{out}} \) 和增益。 3. **体效应 \( g_{mb} \)** 若衬底偏置存在，\( g_{mb} \) 会增加共源共栅级的输出电阻，但可能引入非线性。 --- #### 示例推导（小信号模型） 假设电路结构如下： - 输入级：NMOS M1（共源） - 共源共栅级：NMOS M2（共栅） - 负载：PMOS 电流镜 M3/M4 **小信号分析步骤：** 1. **计算 M1 的跨导 \( g_{m1} \)** $$ g_{m1} = \mu_n C_{ox} \frac{W_1}{L_1} (V_{GS1} - V_{TH}) $$ 2. **计算 M1 和 M2 的输出电阻** $$ r_{o1} = \frac{1}{\lambda I_{D1}}, \quad r_{o2} = \frac{1}{\lambda I_{D2}} $$ 3. **共源共栅级输出电阻** $$ R_{\text{cascode}} = (g_{m2} + g_{mb2}) r_{o2} r_{o1} $$ 4. **总输出电阻** $$ R_{\text{out}} = R_{\text{cascode}} \parallel r_{o3} $$ 5. **最终增益** $$ A_v = -g_{m1} (R_{\text{cascode}} \parallel r_{o3}) $$ --- #### 优化增益的工程实践 - **增大 \( R_{\text{out}} \)**：使用共源共栅电流镜（如 Regulated Cascode）替代简单电流镜[^5]。 - **抑制寄生电容**：合理布局减小 \( C_{gd} \)，避免高频增益滚降。 - **工艺选择**：选择高输出阻抗的工艺（如 FinFET）或增加沟道长度[^4]。 --- ```python # 示例：计算共源共栅级输出电阻 gm2 = 2e-3 # M2的跨导 (S) gmb2 = 0.3e-3 # M2的体效应跨导 (S) ro1 = 100e3 # M1的输出电阻 (Ω) ro2 = 80e3 # M2的输出电阻 (Ω) R_cascode = (gm2 + gmb2) * ro2 * ro1 print(f"共源共栅级输出电阻: {R_cascode/1e6:.2f} MΩ") ``` **输出结果：** ``` 共源共栅级输出电阻: 18.40 MΩ ``` --- ### 相关问题 1. **如何通过版图设计优化折叠式共源共栅放大器的输出电阻？** 2. **体效应（Body Effect）对增益的具体影响是否可以通过仿真量化？** 3. **在低压设计中，折叠式结构与套筒式共源共栅结构应如何选择？**
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