18-1镜像电流源

镜像电流源作偏置的差分放大器仿真报告

镜像电流源作偏置的差分放大器设计与仿真报告 一、仿真目的 1、熟悉差分放大器和镜像电流源的工作原理 2、学习镜像电流源作偏置的差分放大器的设计方法 3、熟悉Cadence的使用方法 二、电路原理 上图中，所有MOS管均采用0.35的工艺，由镜像电流源提供偏置，作为负载的镜像电流源由pMOS管组成，采用双端输入单端输出，输入信号幅度为正负0.5v。作为偏置的镜像电流源两管子的尺寸均为W=5u，L=2u，差分放大器的两根管子和作为负载的电流源的两 根管子的尺寸均为：W=0.7u，L=0.5u。电源电压为3v，差分放大器的直流偏置电压为2v。 三、仿真过程 1、直流仿真 首先，对电路进行直流仿真，看所有管子是否都处于饱和区，如果不在饱和区，则需要调整管子的尺寸和电路参数。下图是镜像电流源左边管子的直流参数，其它管子参数的查看方法类似：

从结果可以看出，region为2，表示管子处在饱和区，由vgs>vth,vds>vgs-vth也可以看出管子处在饱和区。其它管子通过通过同样的方法查看，都处在饱和区。 2、交流仿真 对电路进行交流仿真，其幅频特性曲线如下： 3、改变管子的宽长比，看其对电路的影响

其它参数不变，改变差分放大器的两个管子的宽长比，通过仿真看其对增益、带宽的影响,这里将管子的宽度设置为原来的10倍，即7u，首先进行直流仿真： 上图是放大器左边管子的直流参数，可以看出其处于饱和区。其它管子仍可以通过相同的方法查看，通过仿真，发现都处于饱和区。然后可以对其进行直流仿真，幅频特性曲线如下：

由仿真结果可看出，其增益变为大约28.4dB,3dB带宽大约为0.3GHz。可见增加管子的宽长比可以增大放大器的增益，但是同时带宽会减小。 4、保证管子原来的参数不变，改变放大器直流偏置电压 将放大器的直流输入电压减小到1v，先进行直流仿真，看各个管子是否工作在饱和区，如下： 上图是放大器左边管子的直流参数，可见其工作在饱和区，通过同样的方法查看其它管子的直流参数，发现都工作在饱和区。 然后对电路进行交流仿真，其幅频特性曲线如下：

镜像电流源

当前位置：首页〉基础内容学习〉双极型集成电路〉常用的电流源电路 1．基本镜像电流源 2.比例电流源 3.微电流源(Widlar电流源) 4. 威尔逊电流源 5.多路恒流源电路 常用的电流源电路 电流源电路是模拟集成电路中应用十分广泛的单元电路。对电流源的主要要求是： （1）能输出符合要求的直流电流； （2）输出电阻尽可能大； （3）温度稳定性好； （4）受电源电压等因素的影响小。 1．基本镜像电流源 基本镜像电流源电路如图3—35（a）所示。它由两个完全对称的NPN管(或PNP管)组成。图中，称为基准电流，若管子特性一致，即 流过R上的电流I R

则由图3—35(a)可知 若 ，则 ，I O 犹如是I R 的镜像，所以此电路称为镜像电流源或电流镜。 图3—35（a）所示电流源的伏安特性如图3—35（b）所示。为了保证电流源具有恒流特性，T2管必须工作在放大区，即U CE2 >U BE2≈0.7V(在图中A、B 两点之间)。设T2工作在q点,电流源输出端对地之间的直流等效电阻R DC =U CE2/I C2,其值很小，而 动态电阻R o 的值则很大。可见，直流电阻小、动态电阻大是电流源的突出特点。正是这一特点，使电流源得到广泛的应用。 返回页首

2.比例电流源 若在基本镜像电流源的T1、T2接入发射极电阻R 1和R 2 ，如图3—36（a）所示，就构成了比例电流 源。 由图3—36(a)可见 （3—92）又因为

（3—93）所以式(3—92)可写成 （3—94）在I C1 =(5~10)I C2范围内,一般满足 所以式(3—94)可近似为 (3—95) 显见，改变R 1与R 2 的比值，就可改变I与I R 的比值，故这种电路称为比例电流源。 在集成电路中，实现比例电流源的方法可通过改 T1 、 、T2管的发射区面积比来实现，而无需另外 制作电阻R 1和R 2 ，如图3—36（b）所示。 因为晶体管发射极电流与发射区面积成正比，即晶体管发射极电流可表示为 式中，W是基区宽度；N是基区杂质浓度；S E 是发射区面积。若T1 、 T2管的W、N相等，管子的β

常用的电流源电路

i g e R n U 则由图3—35(a)可知

若 ，则 ，I O 犹如是I R 的镜像，所以此电路称为镜像电流源或电流镜。 图3—35（a）所示电流源的伏安特性如图3—35（b）所示。为了保证电流源具有恒流特管必须工作在放大区，即U CE2>U BE2?0.7V(在图中A 、B 电流源输出端对地之间的直流等效电阻 U n e

（3 所以式(3—94)可近似为 (3显见，改变R 的比值，故这种电路称为比例电流源。在集成电路中，实现比例电流源的方法可通过改 T 1、、T 2）所示。 因为晶体管发射极电流与发射区面积成正比，即晶体管发射极电流可表示为 式中，W 是基区宽度；管子的b 足够大，则有 若取S E2=2S E1(图中用双发射极表示I o =2I R U i s t e r e d

3.微电流源(Widlar电流源) 在集成电路中,为了提供微安量级的恒定偏流,常采用图3—37所示的微电流源电路. 显见, 将图3—36（a ）中的电阻R 1短路，便构成了微电流源。由图可知 由式（3—93），并考虑到两管参数一致，即I ES1=I ES2,所以 上式可近似表示为 （3—96） 上式是一个超越方程，可用图解法或试探法求解。 【例3—6】 在图3—37 电路中，已知I R =1mA,R 2=5K W ,基极电流可忽略不计，求I o 。 解:用试探法求解。由式（3—96）得 26ln(1/I o )—5I o =0 设I o =15m A=0.015mA ，代入上式 109.2—7510 说明对数项过大。再试，设I o =20m A=0.02mA,得 U n R e g i s t e r e d

1628407007-张谦-镜像电流源

电流镜课程研究报告 姓名：张谦班级：集成电路设计与集成系统学号：1628407007 一、研究背景 模拟集成电路是军、民用信息化系统的关键技术之一。常见的模拟集成电路通常有如运算放大器、模拟乘法器、锁相环、电流源管理芯片等。模拟集成电路的主要构成电路有：放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等。模拟集成电路的基本电路包括电流源、单级放大器、滤波器、反馈电路、电流镜电路等，由它们组成的高一层次的基本电路为运算放大器、比较器，更高一层的电路有开关电容电路、锁相环、ADC/DAC等。[11]电流镜在模拟集成电路中是核心模块之一，目前，在差分运放电路及各种数据转换和信号处理电路中都广泛地应用到了电流镜技术[1]。在模拟集成电路要求较高的场合，精度是决定电流镜性能的重要参数之一；但随着工艺尺寸的减小，由于沟道长度调制效应，电流镜电流匹配精度变低；根据采用的集成工艺，电流镜可分为双极型和MOS电流镜。由于MOS 工艺具有比双极型工艺更高的集成度，因此COMS电流镜一直占主导地位。本文将在介绍传统电路的基础上，提出较高精度的电流镜电路架构，使得随着工艺尺寸的减小所带来的偏差能够很大程度减小，满足电路对高精度的要求。 二、基本镜像电流源原理 基本镜像电流源电路如图1所示。晶体管T1、T2参数完全相同，β1=β2，I CEO1=I CEO2，由于两管具有相同的基—射极间电压，（V BE1=V BE2），故I E1=I E2，I C1=I C2。当β较大时，基极电流I B可以忽略，所以T2的集电极电流I C2近似等于基准电流I REF，即 I C2≈I REF=(V CC-V BE)/R≈V CC/R[10] 由上式可以看出，当R确定后，I REF就确定了，I C2也随I REF而定。我们可以把I C2看作是I REF的镜像，所以称为镜像电流源。 三、MOS电流镜 VCC 2I B I C2 I REF I C1 图1

镜像恒流源基本电路

镜像恒流源基本电路 如图所示为镜像恒流源的基本电路，其中VT1，VT2是匹配对管。由图可知 Ir=Ic2+IB1+IB2 由于VT1，VT2是对称的，它们的集电极电流与基极电流分别相等，所以有 当Ir确定后，该恒流源的输出电流Io也确定了。当β足够大时，Io≈Ir，即输出电流近似等于参考电流，所以该电路常称为电流镜电路。

基本恒流源电路（电流反射镜电路） 2010-02-10 10:56:07| 分类：微电子电路| 标签：电流电路晶体管二极管输出|字号大中小订阅 ( 构成恒流源电路的基本原则是什么？对于用作为参考支路（输入级）的器件有何要求？对于输出级 的器件有何要求？) 作者：Xie M. X. (UESTC，成都市) （1）构成恒流源电路的基本原则： 恒流源电路就是要能够提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作的基础。即要求恒流源电路输出恒定电流，因此作为输出级的器件应该是具有饱和输出电流的伏安特性。这可以采用工作于输出电流饱和状态的BJT 或者MOSFET来实现。 为了保证输出晶体管的电流稳定，就必须要满足两个条件：①其输入电压要稳定——输入级需要是恒压源；②输出晶体管的输出电阻尽量大（最好是无穷大）——输出级需要是恒流源。 （2）对于输入级器件的要求： 因为输入级需要是恒压源，所以可以采用具有电压饱和伏安特性的器件来作为输入级。一般的pn结二极管就具有这种特性——指数式上升的伏安特性；另外，把增强型MOSFET的源-漏极短接所构成的二极管，也具有类似的伏安特性——抛物线式上升的伏安特性。 在IC中采用二极管作为输入级器件时，一般都是利用三极管进行适当连接而成的集成二极管，因为这种二极管既能够适应IC工艺，又具有其特殊的优点。对于这些三极管，要求它具有一定的放大性能，这才能使得其对应的二极管具有较好的恒压性能。 （3）对于输出级器件的要求： 如果采用BJT，为了使其输出电阻增大，就需要设法减小Early效应（基区宽度调制效应），即要尽量提高Early电压。 如果采用MOSFET，为了使其输出电阻增大，就需要设法减小其沟道长度调制效应和衬偏效应。因此，这里一般是选用长沟道MOSFET ，而不用短沟道器件。 （4）基本恒流源电路示例：

运放中恒流源电路分析方法

运放电路中的恒流源电路分析方法 普通镜像恒流源、多集电极恒流源、高精度镜像恒流源、高内阻恒流源和镜像微恒流源电路，以及恒流源电路输出电阻的计算等。 分析恒流源电路的方法是： （1）确定恒流源电路中的基准晶体管或场效应管； （2）计算或确定基准电流； &nbbsp; （4）绘制恒流部分的交流通路，确定恒流源的内阻。 由于恒流源的内阻较大，计算恒流源内阻时不能忽略三极管集电极与发射极之间，或场效应管漏极与源极之间的动态电阻。 1、基本镜像恒流源分析 已知基本镜像恒流源电路如图1所示，试计算输出电流的大小和恒流源内阻。 图1 晶体管是基准管，且，工作在放大状态。 当与特性参数完全一致时，由可推得 由基准输入回路得， 所以， 当时，。 恒流输出管的交流通路如图1(b)所示，将晶体管用微变等效模型替代后的电路模型 如图1(c)，显然，恒流源的内阻。 必须注意，应用管的恒流特性时，必须满足，保证始终工作在放大状态。

基本镜像恒流源电路的扩展电路有两种，如图2所示。 图2 图2(b)的管采用多集电极晶体管（图2(a)已将其分散画），以基准管的集电极面积为基准，可得到一组与集电极面积成正比的多个恒流源。 图2(c)中增加管可以进一步减少恒流输出与基准电流之间的近似程度，此时， 所以， 当时，基本镜像恒流值，增加管后，更接近。 2．高内阻（Wilson）恒流源 图3是Wilson恒流源电路，试计算恒流输出值。 图3 管是基准管，，工作在放大状态。 当、、均工作在放大状态时，各电流之间关系为：

整理后可得： 按二极管形式连接的管是管发射极的等效电阻，Wilson恒流源的内阻要大于。 3．微恒流源（Widlar）电路 图4是Widlar微恒流源电路，试计算输出恒流值。 图4 晶体管是基准管，且，工作在放大状态，。 管发射极电流与发射极电压之间的关系为： 所以， （1） 同理，当工作在放大状态时， （2） 由基极回路方程得： （3）