模拟cmos集成电路设计之共源共栅电流镜

** 沟道长度调制效应存在无法精准复制,引入共源共栅结构。**在这里插入图片描述沟长调制系数减小,但Vx不等于Vy,仍不精准。


在这里插入图片描述目的:Vx=Vy,
有Vgs0=Vgs3;
*如忽略短沟道效应,选择四个Mos的尺寸比有Vgs0=Vgs3;
即(w/l)3:(w/l)0=(w/l)2:(w/l)1;
缺陷:消耗大电压余度;
Vp,min=Vgst2+Vgst3+Vth。


在这里插入图片描述*引入低压共源共栅结构,Vp,min=Vgst2+Vgst1;
相比节省一个Vth;
当Vb=Vgst1+Vgs2=Vgst3+Vgst4成立;
*选择尺寸使Vgs4=Vgs2,则Vds1=Vds3,
在消耗小电压余度的同时实现精准复制;
还需一个Vb产生电路。


在这里插入图片描述
目的:Vb=Vgst1+Vgs2;(M1在线性区边缘)
如图Vb=Vds1+Vgs2=Vds6+Vgs5,
令Vgs2=Vgs5,则Vds1=Vds6=Vgs6-I*Rb;
*调M6、Rb,使Vds1=Vgst1。
缺陷:M5无体效应,M2有,仍有误差

### 自偏置低压共源共栅电流镜设计与实现 #### 工作原理 自偏置低压共源共栅电流镜是一种通过内部反馈机制来稳定输出电流的电路结构。其核心在于利用共源共栅配置减少电流镜的输出电导,从而提升精度和稳定性。该电路通常由两部分组成:输入级(控制电流)和输出级(复制并传输电流)。在设计过程中,需特别关注器件尺寸的选择以及电源电压范围内的正常操作条件。 对于此类电流镜而言,当左侧支路设定为已知参考电流 \(I_{ref}\),例如 \(10\mu A\) 时,右侧支路会因电流镜效应自动调整至相同的数值[^2]。然而,在实际应用中,为了满足特定性能指标——比如输出节点 (\(PM3\) 的漏极端) 需要维持高于 \(V_{DD} - 0.6 V\) ——则必须仔细优化晶体管参数及其布局方式。 #### 设计方法 以下是关于如何构建一个高效且可靠的自偏置低压共源共栅电流镜的关键要素: 1. **选择合适的工艺角和技术节点** 使用先进制程可以降低最小特征尺寸,进而减小寄生效应的影响;同时也有助于获得更高的增益带宽积(Gain-Bandwidth Product)[^1]。 2. **确定各元件的比例关系** 根据具体需求设置 PMOS 和 NMOS 器件之间的宽度(W)/长度(L)比率。这一步骤直接影响到最终形成的镜像比例系数\(k=\frac{W_2}{L_2}/ \frac{W_1}{L_1}\) ,其中下标 '1' 表示主控侧而 '2' 则对应从动侧。 3. **考虑温度补偿措施** 温度变化可能会引起阈值电压漂移等问题,因此有必要引入额外机制予以校正。一种常见做法是在传统架构基础上增加辅助分支用于动态调节工作点位置[^3]。 4. **验证直流特性及交流响应表现** 完成初步搭建之后,借助仿真工具评估整体行为是否符合预期目标。特别是要注意检查单位增益频率(fT)、相位裕量(phase margin)等方面的表现情况。 ```matlab % MATLAB Code Example for Simulation Setup clc; clear all; % Define Parameters Vdd = 1.8; % Supply Voltage[V] Id_ref = 1e-5; % Reference Current[A] % Calculate W/L Ratios Based on Design Specifications... ``` #### 电路分析 通过对上述提到的各种因素进行全面考量后,我们可以得出结论说这种类型的电流镜具备以下几个显著优点: - 更高的匹配准确性; - 较好的线性度; - 减少了对外部组件依赖程度。 但是与此同时也要意识到它可能存在一些局限之处, 如较高的复杂性和成本开销等. ---
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