电流镜中cascode效应的学习笔记
1)首先介绍一下cascode效应:
如上图所示,在MOS管的S端与地之间加一个电阻R后,从D端看进去的等效电阻r0并不是r02+R,而是多了一项gm2*r02*R。这个效应可以应用于电流镜,使电流匹配。
2)电流镜的原理:(注:Δ即为V(GS)-V(TH))
上图是电流镜的基本结构,可以看出要I(DS2)与I(IN)相等,需要r0特别大,且V(DS2)与V(GS1)越相近越好。引入cascode效应。
上图是引入了cascode效应的电流镜,可以看出r0增大了,并且由于M2与M4的栅极电压相同,M2与M4使用相同MOS管且流过电流相近,所以栅源压降相近。所以V(2)与V(3)近似相等,满足V(DS2)与V(GS1)越相近越好的条件。
但为保证电流镜正常工作,M1漏源两端的电压降必须大于V(GS),M2两端电压必须大于V(GS)-V(TH),所以右端最小供电电压不能小于2V(GS)-V(TH)。功耗较大。
下面是优化电路:
(电流镜中的MOS要工作在饱和区要,才能使电流恒定),为使M1工作在饱和区V(3)>=V(GS)-V(TH),为使M2工作在饱和区,M2漏源电压应为V(GS)-V(TH),所以所以右端最小供电电压不能小于2V(GS)-2V(TH),功耗降低。为满足上述要求,考虑边界情况V(3)=V(GS)-V(TH),即V(3)=V(1)-V(TH),同理对M2,V(M2漏端)=V(2)-V(TH),则V(2)-V(1)=V(M2漏端)-V(3)即M2漏源电压V(GS)-V(TH),所以V(R)>=V(GS)-V(TH)。又根据图片中的推导,M3,M4工作在饱和区,所以V(R)<=V(TH)。选定R,满足这个条件,就可以设计出电路。
另一种优化电路:
由上一种优化电路,可知需要V(2)-V(1)>=Δ,为达到要求,M5和M3的电流相同,需M5进入饱和区门限为2Δ,其它MOS为Δ,则宽长比M5的为其它管的1/4,W在工艺中一般是由工艺确定,所以长L应该增加为原来的4倍。
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