電流鏡和參考源課件

電流鏡和參考源電流鏡和參考源提要電流鏡：基本特性、簡(jiǎn)單MOS型電流鏡、共源共柵MOS型電流鏡、低壓共源共柵MOS型電流鏡參考源：Widlar電流源、電源電壓不靈敏型偏置、恒溫偏置（Bandgap）提要電流鏡：基本特性、簡(jiǎn)單MOS型電流鏡、共源共柵MOS型電流鏡電流鏡的基本特性電流鏡結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)電流鏡電流鏡的基本特性將輸入支路的電流拷貝到輸出支路，給其它子系統(tǒng)提供電流源，本質(zhì)上是一個(gè)電流放大器電流增益：實(shí)現(xiàn)：存在一種器件，流過(guò)它的電流與它的一個(gè)控制端電壓是一一對(duì)應(yīng)的（在器件尺寸一定時(shí)）輸入電流轉(zhuǎn)換為參考電壓；參考電壓轉(zhuǎn)換為輸出電流什么是電流鏡？將輸入支路的電流拷貝到輸出支路，給其它子系統(tǒng)提供電流源，本質(zhì)電流鏡的作用：提供電流源作負(fù)載元件提供偏置電流電流鏡的作用：提供電流源作負(fù)載元件提供偏置電流衡量電流鏡的性能輸入阻抗：衡量輸入電壓隨輸入電流的變化，盡量小輸出阻抗：衡量輸出電流隨輸出電壓的變化，盡量高電流增益誤差：系統(tǒng)誤差：電路結(jié)構(gòu)本身引入的誤差隨機(jī)誤差：工藝偏差引入的誤差對(duì)輸入、輸出電壓的要求噪聲衡量電流鏡的性能輸入阻抗：衡量輸入電壓隨輸入電流的變化，盡量簡(jiǎn)單MOS型電流鏡飽和區(qū)晶體管I－V曲線：電流增益：簡(jiǎn)單MOS型電流鏡飽和區(qū)晶體管I－V曲線：電流增益：設(shè)計(jì)電流增益為：晶體管寬度不變，長(zhǎng)度作比例變化晶體管長(zhǎng)度不變，寬度作比例變化M個(gè)相同的晶體管并聯(lián)作M2，N個(gè)相同的晶體管并聯(lián)作M1第三種方案好于第二種，第二種方案好于第一種（工藝偏差）簡(jiǎn)單MOS型電流鏡設(shè)計(jì)電流增益為：簡(jiǎn)單MOS型電流鏡電流鏡和參考源課件

簡(jiǎn)單MOS型電流鏡輸入電壓：最小輸出電壓：M2處于飽和區(qū)簡(jiǎn)單MOS型電流鏡輸入電壓：

簡(jiǎn)單MOS型電流鏡輸出阻抗的計(jì)算：上式說(shuō)明輸出電流會(huì)隨著輸出電壓的變化而變化飽和區(qū)晶體管I－V曲線：輸出阻抗：簡(jiǎn)單MOS型電流鏡輸出阻抗的計(jì)算：飽和區(qū)晶體管I－電流鏡和參考源課件簡(jiǎn)單MOS型電流鏡電流增益系統(tǒng)誤差：理想情況：實(shí)際情況：簡(jiǎn)單MOS型電流鏡電流增益系統(tǒng)誤差：理想情況：實(shí)際情況：簡(jiǎn)單CMOS電流鏡的噪聲輸出端的噪聲電流：低噪聲：減小電流增益減小(gm/ID)與輸出電壓低的要求矛盾在柵極增加濾波電容，影響響應(yīng)速度（見(jiàn)后面的討論）簡(jiǎn)單CMOS電流鏡的噪聲輸出端的噪聲電流：簡(jiǎn)單MOS型電流鏡輸出電流隨輸出電壓的變化而變化存在電流增益系統(tǒng)誤差，而且誤差隨輸出電壓變化最小輸出電壓：簡(jiǎn)單MOS型電流鏡輸出電流隨輸出電壓的變化而變化共源共柵（Cascode）MOS型電流鏡M1、M2的漏源電壓相等，減小電流增益誤差共源共柵（Cascode）MOS型電流鏡M1、M2的漏源電壓Cascode電流鏡輸出阻抗：Cascode電流鏡輸出阻抗：Cascode電流鏡電流增益系統(tǒng)誤差：輸入電壓：最小輸出電壓：M2、M4飽和Cascode電流鏡電流增益系統(tǒng)誤差：Cascode電流鏡輸出電壓大于一定值時(shí)，輸出電流基本不隨輸出電壓的變化而變化沒(méi)有電流增益系統(tǒng)誤差最小輸出電壓：Cascode電流鏡輸出電壓大于一定值時(shí)，輸出電流基本不隨輸?shù)蛪篊ascode電流鏡M1、M2的漏源電壓相等，電流增益系統(tǒng)誤差為0偏置電壓考慮（Vb）：降低VOUT(min)，要求降低Vb，Vb的取值要保證晶體管M2飽和Vb的最優(yōu)取值：此時(shí)：Vb的取值要保證M3飽和：限制條件：低壓Cascode電流鏡M1、M2的漏源電壓相等，電流增益系Vb的實(shí)現(xiàn)方法（1）為留有一定的設(shè)計(jì)余量，實(shí)際中常用1/5(W/L)Vb的實(shí)現(xiàn)方法（1）為留有一定的設(shè)計(jì)余量，實(shí)際中常用1/5(Vb的實(shí)現(xiàn)方法（2）Vb的實(shí)現(xiàn)方法（2）Vb的實(shí)現(xiàn)方法（3）Vb的實(shí)現(xiàn)方法（3）Vb的實(shí)現(xiàn)方法（4）Vb的實(shí)現(xiàn)方法（4）Vb的實(shí)現(xiàn)方法（5）Vb的實(shí)現(xiàn)方法（5）低壓Cascode電流鏡輸出電壓大于一定值時(shí)，輸出電流基本不隨輸出電壓的變化而變化不存在電流增益系統(tǒng)誤差最小輸出電壓：低壓Cascode電流鏡輸出電壓大于一定值時(shí)，輸出電流基本不參考源自偏置參考源Bandgap參考源自偏置參考源概述參考源：產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立于電源電壓和工藝、并且具有特定溫度特性的直流電壓或者直流電流性能參數(shù)：輸出電流或者電壓y對(duì)電路參數(shù)x的靈敏度：參考源對(duì)電源電壓的靈敏度輸出電流或者電壓X的溫度系數(shù)：輸出阻抗噪聲功耗利用電阻來(lái)產(chǎn)生概述參考源：產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立于電源電壓和工藝、并且具有特定溫度特簡(jiǎn)單的參考源簡(jiǎn)單的參考源參考源：小電流偏置參考源：小電流偏置MOSWidlar電流源：微安量級(jí)的電流電阻R1要求很大，占用大的芯片面積輸出電流對(duì)電源電壓的靈敏度忽略襯底調(diào)制效應(yīng)忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)有電阻R2時(shí)的輸出電流：沒(méi)有電阻R2時(shí)：MOSWidlar電流源：微安量級(jí)的電流有電阻R2時(shí)的輸出MOSWidlar電流源輸出電流對(duì)電源電壓的靈敏度MOSWidlar電流源輸出電流對(duì)電源電壓的靈敏度參考源：以某一電壓標(biāo)準(zhǔn)為參考的電流源參考源：以某一電壓標(biāo)準(zhǔn)為參考的電流源概述可以參考的電壓標(biāo)準(zhǔn)電源電壓：對(duì)電源電壓的靈敏度高雙極晶體管的基極－發(fā)射極電壓和MOS管的閾值電壓負(fù)溫度系數(shù)：－1~－2mV/oC熱電壓正溫度系數(shù)：86uV/oC反偏PN結(jié)的擊穿電壓要求高電源電壓（擊穿電壓：～6V）擊穿時(shí)產(chǎn)生大量噪聲概述可以參考的電壓標(biāo)準(zhǔn)以雙極晶體管的基極－發(fā)射極電壓為參考的電流源數(shù)值例子：靈敏度：以雙極晶體管的基極－發(fā)射極電壓為參考的電流源數(shù)值例子：靈敏度以MOS管的閾值電壓為參考的電流源以Vt為參考：Vov1很小輸入電流小(W/L)1大靈敏度穩(wěn)定性問(wèn)題以MOS管的閾值電壓為參考的電流源以Vt為參考：Vov1很小參考源：自偏置（自舉）電流源參考源：自偏置（自舉）電流源基本原理目的：獨(dú)立于電源電壓的電流源原理：輸入電流是電流源輸出電流的拷貝電流源：輸出電流與輸入電流無(wú)關(guān)電流鏡：輸出電流是輸入電流的拷貝基本原理目的：獨(dú)立于電源電壓的電流源基本原理工作狀態(tài)分析：穩(wěn)定點(diǎn)（A）、不穩(wěn)定點(diǎn)（B）正反饋：環(huán)路增益小于1是穩(wěn)定的，大于1是不穩(wěn)定的實(shí)際上，由于電流小，泄漏電流等寄生效應(yīng)會(huì)減小環(huán)路增益，使得B點(diǎn)是穩(wěn)定點(diǎn)－>啟動(dòng)電路基本原理工作狀態(tài)分析：穩(wěn)定點(diǎn)（A）、不穩(wěn)定點(diǎn)（B）MOS管的閾值電壓作參考的自偏置電流源若忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，則輸出電流對(duì)電源電壓的靈敏度為0溫度系數(shù)：MOS管的閾值電壓作參考的自偏置電流源若忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)啟動(dòng)電路確?？傆须娏髁鬟^(guò)參考源中的晶體管，使得0狀態(tài)處的環(huán)路增益大于1，避免陷入0狀態(tài)參考源啟動(dòng)后，啟動(dòng)電路不應(yīng)干擾參考源的工作啟動(dòng)電路啟動(dòng)電路確保總有電流流過(guò)參考源中的晶體管，使得0狀態(tài)處的環(huán)路VBE作參考的自偏置電流源CMOS工藝：pnp管是寄生垂直晶體管VBE作參考的自偏置電流源CMOS工藝：pnp管是寄生垂直晶熱電壓VT作參考的自偏置電流源兩個(gè)工作在不同電流密度下的pn結(jié)上的電壓之差與熱電壓成正比溫度系數(shù)：熱電壓VT作參考的自偏置電流源兩個(gè)工作在不同電流密度下的pn另一種啟動(dòng)電路另一種啟動(dòng)電路參考源：能隙基準(zhǔn)源參考源：能隙基準(zhǔn)源基本原理基本原理電流鏡和參考源課件電流鏡和參考源課件電流鏡和參考源課件電流鏡和參考源課件不帶緩沖的運(yùn)放不帶緩沖的運(yùn)放電流鏡和參考源課件電流鏡和參考源課件電流鏡和參考源課件電流鏡和參考源課件電流鏡和參考源課件電流鏡和參考源課件電流鏡和參考源課件T=T0時(shí)任意溫度T下（T0為溫度系數(shù)為0的溫度點(diǎn)）T=T0時(shí)任意溫度T下（T0為溫度系數(shù)為0的溫度點(diǎn)）電流鏡和參考源課件電流鏡和參考源課件+--+--電流鏡和參考源課件降低運(yùn)放的失調(diào)電壓

對(duì)基準(zhǔn)源影響的措施減小運(yùn)放的失調(diào)電壓VOS運(yùn)放的失調(diào)Cancel技術(shù)減小增益（R2/R1+1)：降低運(yùn)放的失調(diào)電壓

對(duì)基