[[CMOS_ch05_2021(1).pdf]]

一、基本的电流镜

1. How to obtain stable current source

• 电阻分压
• 复制标准电流：将$I_{ref}$转化为$V_G$,作用在M1,使M1产生电流$i_{out}=I_{ref}$. 栅电压必须由$I_{ref}$产生，因此使用二极管链接，让$V_{GS}$自适应$I_{ref}$
  

2. 基本电流镜

• 电流镜的应用：我们需要尽量避免长的电流链
• 尺寸问题—— 电流只能通过W的改变：由于沟道长度受$L_D$影响太大；而且W也不是完全可以精确加倍的：
• 同样说明一点，电流镜能够处理信号，可以放大小信号电路，但其代价是成比例的增加偏置电流

二、Cascode current mirrors

基本电流镜存在的问题

1. Drawback of the basic current mirror
   如果做到精准匹配，忽略了沟道长度调制响应，如果考虑该效应

• 共源共栅结构的屏蔽作用，使得X点的电压变化在P点没什么影响，电流差别很小!

• 为了避免，采用共源共栅极电路

改进方法一：共源共栅

2. 共源共栅极电流镜
   抵抗电压波动的影响：左侧低阻抗，右侧高阻抗

• 最低电压：电路有高的输出阻抗和精确的值，但是它却消耗了很大 的
  电压余度 。
• 为解决上述问题，分析共源共栅的大信号特性

改进方法二：低压共源共栅极

1. 尝试：串联电阻造压降

• 这个组合也可以看作一个二极管连接型器件

2. 另一种实现方法
   

• 能够让$V_b$自由设计
• $V_b$的产生电路
  • 靠谱方法
  • 三种不靠谱的方法

三、Active current mirrors

3.0 概述

电流镜也可以处理信号，像有源器件一样工作而不产生反向，这一节我们研究这种特性

• 五管“运算跨导放大器”OTA注意他的输出是单端的，因此，此电路有时候用于把差动信号转换为单端输出信号。在研究OTA之前，先研究更简单的无源负载拓扑结构

1. 无源差动对

首先，两种方式计算小信号增益（由于电路不对称，不能使用单边电路）

2. 有源负载差动对
   在5.23（a）中，M1的小信号漏电流被浪费了，如下图所示，我们希望在输出端用合适的极性来使用这个电流

• M3是如何提高增益的？

3.1 大信号分析

• 状态分析
  • 如果左侧输入远小于右侧，M1、3、4均为关断状态，输出为0
  • 随着左侧输入增大，M1导通，M5的一部分电流流到M3，并且M4导通。输出电压开始依赖于右侧两个晶体管的差值
  • 当左侧和右侧的输入差的很小，M2、4都处于饱和，产生一个很高的增益
  • 当左侧输入比右侧输入大的多的时候，I2电流会减小，导致输出电压增大，最终驱使M4进入线性区
  • 如果左侧输入远大于右侧，M2关断，M4的电流为0，工作在深线性区，输出为VDD
• 缺点：共模电平对输出摆幅的限制
• 说明将差动输入转换成大摆幅的单端是输出时候，OTA是有用的

3.2 小信号分析

1. 近似分析
   

2. 精确分析（小信号模型）
   
   

3. 余度问题
   

3.3 共模特性

1. $A_{CM}$

2. $A_{CM}$的计算

3. CMRR共模抑制比

4. 失配的影响（有时间的话研究一下）
   

3.4 五管OTA的其他特性

四、Bias techniques