模拟集成电路学习总结 第五章

  第五章也是重难点,运发里非常常用的结构,要做到熟练分析。

  

5.1 基本电流镜

  由第二章,我们知道电流源的输出电阻、电容以及电压余度与输出电流的大小之间存在折中、互易的关系。

  如何提供栅电压?首先想到利用电阻分压,但是这样VDD与VTH都会影响电流,温度也会影响,因此输出电流很难确定。因此我们得到结论:即使给定了一个精确的栅电压,输出电流也无法完全确定,因此必须找到其他偏置方法。

  我们设计了基本电流镜,利用电流复制原理,温度影响参数时,也会影响左管的电压,进而改变右边的偏置,保持电流不变。

  应用中,可以作为负载,可以作为尾电流源等等,书上那个图很好的表现了应用情景。

5.2 共源共栅电流镜

  至今的讨论都没有包含沟长调制效应,而实际上这经常会有很大影响。

  为了抑制沟长调制的影响,可以使用共源共栅电流源。我们选取合适的Vb,令两管VDS相同,此时两电流会非常接近。原因在于共源共栅器件能够有屏蔽作用,输出电位的变化不会影响源端电压,直观来讲,电压降大部分在上管,下管点位基本不变。

  为了这样的一个精度,代价是电压余度的减小。

  另外一个重要的问题:如何获得Vb?一个好办法是在左边添加一个二极管连接的管子。由此我们就得到了共源共栅电流镜。

  此结构突出缺点是消耗电压余度。输出最小电压是一个阈值电压和两个过驱动电压,或者说是是一个栅源电压加一个过驱动电压。

  为了消除电压余度和精度的矛盾,我们连接输入与输出,得到低压共源共栅结构。。。。这块有点难理解,个人认为。就先不看了。

5.3 有源电流镜

  首先是点电流源负载的差动对。此结构的Gm=1/2gm,以为只有右边的输入电压变化对输出短路电流有影响。Rout≈2ro,可以利用公式,比较直观。因此增益就可以退出:A=gm/2(2ro2||ro4)。还有另一种方法,就不太直观了,先略了。

  此电路浪费了M1的电流,我们改动一下,变成了带有源电流镜的差动对。重要特性是差动输入变成了单端输出。

  接下来着重的分析此情况:

  1、大信号分析

  略了,书上说电路不对称会使Vout产生一个大的偏差,因此电路很少在开环情况下用来放大小信号。

  2、小信号分析

  此时由于电路不对称,不能用半边电路等效来计算增益。

  书中介绍了两种方法:

  方法一、辅助定理,分别求跨导和输出电阻

  Gm=gm

  Rout≈ro2||ro4,这里输出电阻可以这么理解:上面一个ro4,下面一个2ro2,但是由于电流镜的复制作用,还会有一个与2ro2中电流相等的电流留流过ro4,于是总的输出电阻为2ro2||2ro2||ro4,也就是ro2||ro4。

  方法二、将差动部分做戴维南等效,略,结果一样。

  

  3、共模特性

  考虑尾电流源阻抗有限的情景。

  理论上应该不存在共模特性,因为上面是一个电流镜。

  但实际上,这种理解方式是错误的。原因在于沟长调制,略了。

  失配的影响也略了,有点麻烦,也不常见。。。

  那第五章也到此为止了

  

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