電流鏡在模擬IC中可以說(shuō)是必不可少，關(guān)鍵又很重要。電流鏡的結(jié)構(gòu)有很多種，今天來(lái)總結(jié)一下低壓共源共柵電流鏡在模擬IC的用法以及偏置電壓產(chǎn)生方法。

入職幾個(gè)與以來(lái)，完成了mentor的三個(gè)月入職計(jì)劃，也是正式進(jìn)入了項(xiàng)目之中，開(kāi)始也是先熟悉項(xiàng)目里面的電路，我是接手了老同事的osc模塊。從上周開(kāi)始，根據(jù)新項(xiàng)目進(jìn)度，也是正式進(jìn)入了design階段，才發(fā)現(xiàn)，在企業(yè)做design，和在學(xué)校做design還是有差距的，什么模塊的電路的結(jié)構(gòu)不能隨意去試錯(cuò)，不像在學(xué)校，這個(gè)結(jié)構(gòu)不行換個(gè)再試試。在公司這樣做的話，時(shí)間成本太大了。

讀研期間以及工作之后，看過(guò)這么多電路，做過(guò)這么多電路，發(fā)現(xiàn)，低壓cascode電流鏡真的是不管是學(xué)校，還是公司，應(yīng)用都非常之多，我總結(jié)到，一共有3種偏置方法，公司和學(xué)校都有在用的，今天總結(jié)出來(lái)，供大家學(xué)習(xí)。

回到正題，電流鏡主要是用來(lái)copy電流的，那么copy的準(zhǔn)不準(zhǔn)，就看你用什么結(jié)構(gòu)了，cascode結(jié)構(gòu)相比非cascode，由于它的高阻抗，能夠使得電流copy的更加精準(zhǔn)。

cascode又分為很多種類，常見(jiàn)的主要普通cascode和低壓cascode電流鏡，如下圖：

相比于普通cascode mirror，低壓cascode有更大的擺幅，而應(yīng)用最多。但是，它也有一個(gè)弊端就是，有一個(gè)偏置電壓Vb的產(chǎn)生，需要額外電路去產(chǎn)生，相比普通cascode，Vb的產(chǎn)生電路也會(huì)增加功耗，盡管如此，低壓cascode應(yīng)用也遠(yuǎn)大于普通cascode，比如在低壓域中，擺幅是個(gè)很奢侈的東西，能大則大。

那么Vb的產(chǎn)生一共有三種實(shí)用方法，首先是第一種。

（1）僅通過(guò)一個(gè)MOS管提供Vb

如圖，M4是二極管連接方法，M4的柵極電壓/漏極電壓就是Vb，假設(shè)M4的電流和M5/M3的電流相同，都是IREF，且M3和M5的尺寸相同，為了得到最大的電壓擺幅，Vb（即M4的Vgs4）應(yīng)該等于或者稍大于Vgs5+(Vgs3-Vth3),此處若忘了去看拉扎維第五章，根據(jù)飽和區(qū)電流公式，得到:

這里的推導(dǎo)是建立在所有MOS的Vth相等的條件下，實(shí)際，由于M4和M5的源端電壓不同，由于體效應(yīng)，Vth3≠Vth5，因此計(jì)算出來(lái)的稍有偏差，但是對(duì)電流精度要求不高的場(chǎng)合，這么用，也沒(méi)啥問(wèn)題。

PS:據(jù)經(jīng)驗(yàn)證明，低壓cascode的共源極和共柵極的尺寸一般不會(huì)是相同，因此，M4尺寸的大小也不是嚴(yán)格的M5尺寸的1/4，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，Vb電壓大小大于M3的柵極200-300mV就可以了，當(dāng)然，也可以通過(guò)計(jì)算，按照上述步驟，計(jì)算出M4與M5的比例關(guān)系。

此方法，在allen的書上也有介紹。

（2）通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)的MOS產(chǎn)生Vb

假設(shè)，M7和M0、M1的尺寸相同，那么M6應(yīng)該是多大尺寸，M6工作在線性區(qū)而非飽和區(qū)。我們希望，M7的源端和M0的源端相等，這樣，電流copy的才準(zhǔn)確，由于M7和M0的電流相等，因此M7和M0、M1的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓是相等的。根據(jù)M7飽和區(qū)和M6線性區(qū)的電流關(guān)系，計(jì)算出M6的尺寸如下：

實(shí)際應(yīng)用中，一般共柵管M0的尺寸和M1不同，兩者一般W相同，共柵管的L一般取得比共源管的小很多。因此，實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)驗(yàn)做法就是，M0和M7的尺寸相同，M1的尺寸是M6的3倍即可。

（3）自偏置產(chǎn)生Vb

此種方法的有點(diǎn)就是，無(wú)需額外的偏置電路，節(jié)省功耗，但是弊端是，對(duì)于電流比較小的情況，電阻R的值可能會(huì)很大，導(dǎo)致很大的面積，尤其對(duì)于nA級(jí)的電流，R很容易達(dá)到MΩ級(jí)水平，不適用于nA級(jí)別的電路，除非對(duì)面積無(wú)要求。

此結(jié)構(gòu)也是應(yīng)用廣泛，我在碩士畢設(shè)中的基準(zhǔn)源就用到了此結(jié)構(gòu)的電流鏡，拉扎維也有介紹。

此種方法的原理是，利用電阻上的電壓降來(lái)產(chǎn)生共柵管和共源管的柵極電壓差值，正如allen書上所介紹的，電阻壓降一般在一個(gè)過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓VON大小，因此，經(jīng)驗(yàn)值，一般是200-300mV的VON，R的值就是VON/Iref。

以上3種方法，切身感受，用的很多，但是，很多地方也沒(méi)有像計(jì)算的那樣，精確到計(jì)算出來(lái)的尺寸，不知道是不是因?yàn)閷?duì)電流精度不高的原因，個(gè)人愚見(jiàn)，電流鏡這個(gè)東西，比如說(shuō)用在運(yùn)放中，對(duì)電流精度要求本來(lái)也不是很高，所以也不必要鉆牛角尖，非要copy的電流大小百分百精準(zhǔn)，這個(gè)也是沒(méi)必要。我在讀研時(shí)候，用第一種結(jié)構(gòu)最多，簡(jiǎn)單呀，很多時(shí)候也沒(méi)有按照計(jì)算的尺寸來(lái)，只要保證Vb大小大于共源管柵極兩三百mV，基本沒(méi)啥問(wèn)題，流片回來(lái)也沒(méi)發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題。