《电子电路大全(PDF格式)》第96章

λ=0　时才能使I　0　为恒定值。为了使其恒流特性有所改善，可增大M2　的沟道长度L。L增大，　
λ r　
使 减小，输出阻抗　0　增大，恒流特性得到改善。
例：镜像电流源电路中，Iin＝100uA，每个晶体管W/L＝　100um/1。6um。假设　
unCox=92uA/V2　，Vtn=0。8V，rds=＇8000L（um）＇/＇ID（mA）＇，求镜像电流源的rout和gm1　的值，　
并推算输出电压变化　0。5V时Iout的变化情况。
解：因为M1　和M2　的W/L比相同，所以Iout的额定值等于Iin的额定值为　100uA。这样，　
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我们得到
Rout=rds2=8000*1。6/0。1=128kΩ
gm1　的值由下式得出。
gm1＝＇2unCox（W/L）ID1＇1/2=1。07mA/V
得到rs1=1/gm1=935Ω。这个rs1　值远小于rds1，在这个例子中rds1　等于rds2。
输出电流的变化可以利用rout推算为
ΔIout=ΔV/rout=0。5/128　kΩ=3。9uA
换句话说，如果原来Iout测量为　101uA（由于不匹配和一个更大的VDS电压），输出电压　
增加　0。5V将产生一个大约　105uA的新的输出电流。注意：这个估算并没有说明诸如rds实际　
上随着输出电流改变这样的二级效应。
有三种因素会使电流镜与式（3…1）描述的理想情况不同。这些因素是：（1）沟道长度调　
制。好的电流镜或电流放大器应当有相同的漏－源电压和高的输出电阻。（2）两个管子之　
间的阈值偏差。对于适宜的硅栅CMOS工艺，相同且靠得很近得两只管子阈值电压的典型失　
调值小于　10mV。（3）非理想的几何图形匹配。指两个器件的宽长比的误差，由于存在掩膜、　
光刻、刻蚀以及外扩散的差异，即使是两个管子并排放在一起也会有所不同。
3。2　高输出阻抗的恒流源电路
为了抑制沟道长度调制作用的影响，得到更好的电路性能，就要对上述基本电流镜进　
行改进。如图　3…2　所示，它与基本电流镜相比增加了M3、M4。由于增加了这两个MOS管，使　
V　
该电流镜具有很好的恒流特性以及高的输出阻抗。由图　3…2　可知M3　和M4　使Ml的　DS　1　和M2　
V I I　
的　DS　2　相同或近似相同。其中　0　和　R 的关系可写为：
I　O S 2　（1 ＋　λV D S　2　） S 2　
= =　
I R S　1　（1 ＋　λV D S　1　） S　1 （3…3）
S为各器件的宽长比，上式表明，输出电流I　0　与λ无关，即输出电流不跟随输出电压　
r　
的变化而变化，从而具有很好的恒流特性和较高的输出阻抗。电路的输出阻抗　0　可由交流　
小信号等效电路图　3…3　所得：
图　3…2　标准共源共栅的恒流源电路
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V =i　＇r ＋r ＋r r （　g ＋　g ）＇　
0 0 ds　2 ds　4 ds　2　ds　4 m　4 mb　4　
=i　＇r ＋r ＋r r g （1＋η　）＇　
0 ds　2 ds　4 ds　2　ds　4 m　4 4　
（3…4）
其中：
g m b 4　
η　=　
4　
g m　4 （3…5）
因此输出阻抗r 可以表示为：
0　
r0 =　rd　s　2　rd　s　4　g　m　4 （3…6）
图　3…3　交流小信号等效电路
上式可以表明，该恒流源的输出阻抗比图3…1所示的恒流源电路的输出阻抗　
大r g 倍。
ds　4　m4　
例：共源共基镜像电流源电路中，Iin＝100uA，每个晶体管W/L＝100um/1。6um。假设　
unCox=92uA/V2　，
Vtn=0。8V，rds=＇8000L（um）＇/＇ID（mA）＇，求镜像电流源的rout（体效应约为　0。2gm）。　
还求使得输出晶体管保持在工作区的Vout的最小输出电压。
解：通常，Iout=Iin，这样我们可以求出这个镜像电流源的小信号参数为
gm4＝＇2unCox（W/L）Iout＇1/2=1。07mA/V
还有
rds2=rds4=8000*1。6/0。1=128kΩ
输出阻抗为
Rout=128k＇128（1。07＋0。2*1。07）＇=21MΩ
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要求出最小输出电压，我们首先需要确定Veff：
1/2　
Veff=＇2Iout/（　unCoxW/L）＇ =0。19V
这样，最小输出电压求得为　2×0。19＋0。8=1。18V
3。3　HSPICE　仿真分析基本恒流源电路
（1）仿真电路
（2）网表
EXP　3。1　Simple　MOS　Current　Mirror
。option　post=2　numdgt=7　tnom=27
M1　1　1　0　0　nch　l　=　1u　w　=　5u
M2　2　1　0　0　nch　l　=　1u　w　=　5u
I1　0　1　DC　10u
V1　3　0　DC　0
V_I2　3　2　DC　0
图　3…4　基本恒流源电路
。MODEL　nch　NMOS　VTO=0。7　KP=110U　LAMBDA=0。04　GAMMA　=　0。4　PHI　=　0。7
*。dc　V1　0　5　。1　I1　10u　80u　10u
。dc　V1　0　5　。1
。END
（3）仿真结果
图　3…5　基本恒流源电路仿真输出结果
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3。4　HSPICE　仿真分析高输出阻抗恒流源电路（MOS　管参数同上）
图　3…6　高输出阻抗的恒流源电路
图　3…7　高输出阻抗恒流源电路仿真输出结果
通过与前面的仿真结果比较?