电流镜总结 第1篇

最后一步是将输入级的输出（Q 1的基极发射结）连接到输出级的输入（Q 2的基极发射结），以构建基本的 BJT 电流镜电路（图 ）。在这一点上，我们将专注于 BJT 电流镜所涉及的问题，并在 节中讨论 MOS 电流镜。

图 ，BJT 电流镜

如果图 中的晶体管 Q 1和 Q 2相同（即具有相同大小的发射极，因此等于 I S），则输入电流与输出电流之比或增益理想情况下为 1。通常情况下，增益不是 1必需的。当用分立器件构建电路时，只有简单的整数比是可能的，而在微电子集成电路中，可以制造具有任意发射极面积 A 的晶体管。 然而，即使在集成电路中，最佳设计实践也是在制造电流时使用相同单位尺寸的晶体管镜子。

图 ，具有非一元增益比的电流镜

如果在反射镜的输入侧并联 N 个相同的器件，并在输出侧并联M 个器件，则反射镜的增益为M /N。在图 中，我们看到一个示例，其中 2 (N=2) 个设备在输入端连接在一起，3 个 ( M =3) 个设备在输出端连接在一起。因此，镜像增益将为 3/2 或 。由于所有五个晶体管共享相同的V BE电压，因此它们的集电极电流 I C将全部相等。输入电流 I IN在 Q 1和 Q 2 中均分，使得：

电流镜总结 第2篇

在设计电路时，重要的是要考虑某些器件值从一个到另一个的广泛变化。设计者的一个中心目标是降低电路对这些变化的敏感性，以生产出满足所有可能条件下规格的电路。几乎所有电路都通用的设计方面之一是建立稳定的偏置或工作点水平。设计中这个看似很小的部分可以提供最具挑战性和最有趣的电路问题。许多偏置发生器以电流的产生为中心，以操作电路的核心。由连接在电源两端的简单电阻器和二极管或二极管连接的晶体管产生的电流将与电源电压的变化大致成正比。

这是为了引入另一种电流镜，实际上是一个稳定的电流源，它的输出对输入电流的变化不敏感。要了解这种配置，检查零增益放大器的行为会很有帮助。NMOS 版本如图 所示，但 PMOS、NPN 或 PNP 晶体管在此配置中也能正常工作

图 NMOS 零增益放大器

回想之前对共发射极/源极放大器的解释（图 (a)），增益是漏极（或集电极）电流和负载电阻的函数。对于给定的漏极电流，如果将漏极电阻 R L设置为等于 r s ，则增益 A 将为负 1。

或者。如果栅极保持固定在相同的直流偏置电平，产生与 (a) 中相同的漏极电流，并且输入信号施加到负载电阻器 R L的顶部（图 (b)），则增益将为加1。也就是说，如果晶体管的漏极/源极输出阻抗被忽略。如果我们现在将栅极连接到电阻器 R L的顶部，如图 © 所示，叠加两条路径的净增益将为 1 - 1 = 0。

在图 中，我们有一个 NPN 晶体管偏置导通，其集电极电压V C小于基极电压V BE热电压V T = kT/q，（等于 Ic 乘以 R L）并且基本上恒定从V IN施加的输入电压变化。图 中绘制了V BE和V C处的电压与V IN处的施加电压的关系图。正如我们所见，当V BE继续上升时，V C保持稳定得多，实际上下降到V IN的某个水平以上。

图 NPN 零增益放大器

图 R1 = 10KΩ 和 R L =75Ω 时 V BE和V C与V IN的关系图

使用增强型 NMOS 2N7000 晶体管制作的零增益放大器进行了仿真，其中在扫描漏极电流时计算小信号 AC 增益和相位。从图 中可以看出，增益曲线在 345uA 附近有一个急剧的零点或下降。这也发生在相位从 0 度急剧转变到 180 度的点上。

图 零增益放大器的小信号增益/相位图 vs. I D

现在我们了解了零增益放大器的概念，目的是研究它的用途，以产生对输入电流电平变化稳定（不太敏感）的输出电流。这种电流源配置（图 ）有时也称为峰值电流源或 g m补偿镜。由于晶体管 Q 1的集电极电压V C现在随着由V IN表示的输入电源电压的变化更加恒定，因此它可以用作 Q 2的基极电压以在晶体管 Q 2 中产生更加恒定的集电极电流.

图 稳定（峰值）电流源（g m补偿镜）

图 Q 1和 Q 2的集电极电流图 R 1 = R 2 = 10KΩ, R L = 75Ω

图 峰值电流源的 PTAT 电流图

图 Widlar 反射镜和峰值电流源的组合进一步改进了可变输入电流的调节。

图 图 和 中的电路仿真，其中 R 1 = 20KΩ、R L = 250Ω 和 R 2 = Ω

图 NPN 和 PNP 峰值电流源的级联

电流镜总结 第3篇

由于沟道长度调制效应使得镜像的电流产生了极大的误差，尤其是当使用最小长度晶体管以使通过减小宽度来减小电流源输出电容时。所以为了抑制沟道长度调制的影响，一般最好的就是使用共源共栅电流镜。如下图1所示，为共源共栅电流镜的电路结构，从图中我们可以看到M1这个器件的G端与S端短接到一起，就是此电流镜中最重要的管子--偏置管。我们在进行电流镜匹配时，通常需要把偏置管放在电流镜中间，使其匹配效果更好。

图1、共源共栅电流镜

电流镜总结 第4篇

我们先搭建一个最简单的共源共栅电流镜的电路，如图2所示。很明显这是一个NMOS电流镜，我们把Mn1器件记作A，Mn0器件记作B，Mn1为偏置管。由于两器件的finger都为2，所以可以使有源区层合并。

图2、共源共栅电流镜的电路

将电路中的器件调入版图后，进行器件的摆放。可以进行两种匹配方式，一种是B A A B，将器件摆放成一排然后两边加dummy，最后再围上P环，如图三所示。

图3、匹配方式一

另外一种匹配方式是摆放成两排，交叉匹配，即第一排为dummy A B dummy，第二排为dummy B A dummy，然后再围上P环，如图四所示。

图4、匹配方式二

上述两种匹配方式都可使用，关键是要根据版图布局情况进行匹配方式的转换。

电流镜总结 第5篇

我们想要一个简单的配置，其中有源元件（单个晶体管）用作所需的电流电压转换器。然而，晶体管是单向器件，对于 BJT，基极发射极电压控制集电极电流，或者对于 FET，栅极源极电压控制漏极电流。在将器件用作共发射极放大器的常规用途中，不可能在集电极电流控制V BE的情况下产生相反的结果。回到图 ，解决方案是加入负反馈。在这种情况下，这意味着使晶体管调整其基极发射极或栅极源极电压V BE或V GS，以便集电极或漏极电流为 I IN= ( V 1 - V BE )/R。为此，我们只需将集电极连接到基极或栅极以漏极或“二极管连接”晶体管。这种经典的“二极管”连接导致 100% 并联负反馈（图 ）。结果，对于这种二极管连接的晶体管，集电极电流用作输入量，而基极-发射极电压V BE用作输出量，具有基极发射极结的对数传递函数。类似地，二极管连接的增强型 MOS FET（栅极连接到漏极）将用作类似的电流电压转换器，输出量是V GS而不是V BE。

图 ，电流电压转换器

电流镜总结 第6篇

2）这也是一种常见的实现方式，M1管和M2管尺寸相同，M2管个数是M1的整数倍m。

同样利用图6的测试环境，这次M0、M1和M2的W/L=，改变M2和M1的个数比。得到如图8所示的I-V特性。

虽然对比有些不公平，xxx积大很多，但可以看到这种方式还是能够大幅度的提高其输出阻抗，并表现出了较小的饱和电压从而增大了输出摆幅。其中M1工作在线性区或临界饱和，M2一般会工作在亚阈值区。

图9是一种版图实现方式，这里M2和M1的比例为3:1。

3）方案3)的实现方式，适用于提供的多种阈值的逻辑器件（90nm以下）的工艺。从图4看到，hvt器件阈值会比rvt多出几十毫伏电压。利用阈值差，可以促使M1管工作在临界饱和区，从而得到较大的输出阻抗。

图10

总结图5中的方案的优缺点如下图表所示。实际应用中需要根据情况选择。多实践，多总结。

图11