一種大電流高輸出阻抗電流鏡的設(shè)計(jì)

2 改進(jìn)電流鏡的設(shè)計(jì)
改進(jìn)的電流鏡如圖3所示，它由兩個(gè)部分組成：MOS晶體管M1～M4構(gòu)成兩級(jí)型共源共柵電流鏡；MOS晶體管M5～M14構(gòu)成折疊式共源共柵放大器，其中由Vb1，Vb2，Vb3由外部偏置產(chǎn)生。折疊式共源共柵放大器能夠通過(guò)負(fù)反饋增大電流鏡的輸出電阻，提高電流鏡的電流匹配精度。
將電流鏡的放大器部分簡(jiǎn)化，如圖4所示。改進(jìn)電流鏡的輸出阻抗為：

而：

由圖4可知：

式中：A為折疊式共源共柵放大器的增益。
將式(8)代入式(7)，得：

同樣，將M2看成共源放大器，有：

由式(9)，(10)可算出：

根據(jù)折疊式共源共柵放大器可知，其增益為：

將式(12)代入式(11)，得：

由式(6)和式(13)可計(jì)算出改進(jìn)的電流鏡的輸出阻抗為：

可見(jiàn)本文設(shè)計(jì)的電流鏡的輸出阻抗遠(yuǎn)大于原有結(jié)構(gòu)電流鏡的輸出阻抗。
在改善電流匹配精度方面，在圖4中，首先假設(shè)電流鏡的輸入電流恒定，如果由于噪聲等因素，A點(diǎn)的電壓上升，在這種情況下，放大器正輸入端電壓不變，負(fù)輸入端電壓增大，必將導(dǎo)致放大器的輸出端即C點(diǎn)的電壓減小。由于M2的柵源電壓沒(méi)有發(fā)生變化，那么流過(guò)M4的電流不會(huì)變化，于是A點(diǎn)的電壓又會(huì)隨著C點(diǎn)電壓的減小而減小，直到放大器正負(fù)兩端電壓相等。由此可見(jiàn)，本文設(shè)計(jì)的電流鏡在輸入電流不變的情況下能夠很好地穩(wěn)定A點(diǎn)的電壓。另外，即使輸入電流發(fā)生變化，由于放大器的負(fù)反饋?zhàn)饔?，使得能夠很好地滿足VD1=VD2，即VDS1=VDS2，電流鏡的匹配精度也不會(huì)隨輸入電流Iin的變化而改變。
由于放大器輸入失調(diào)的存在，導(dǎo)致VDS1和VDS2存在接近10 mA的偏差。在長(zhǎng)溝道情況下，λ值通常小于0．01，根據(jù)式(1)可知，電流誤差小于10-5量級(jí)，因此放大器的輸入失調(diào)不會(huì)帶來(lái)大的一致性誤差。
在圖3的電路中，只要滿足Vout≥VOV2+VOV4，M2和M4就可以在飽和區(qū)正常工作。通過(guò)調(diào)整M2和M4的寬長(zhǎng)比使得過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓均為0．1 V，在輸出電壓為0．2 V時(shí)，電流鏡仍然有非常好的輸出特性；同時(shí)，M4工作在線性區(qū)時(shí)，電流鏡也同樣具有較高的輸出阻抗。