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偏置電流源電路的對(duì)與錯(cuò)

發(fā)布時(shí)間：2021-01-25 責(zé)任編輯：lina

【導(dǎo)讀】下面的電流源偏置電路究竟哪個(gè)結(jié)構(gòu)是對(duì)的？幾乎每個(gè)模擬IC課程都會(huì)講這個(gè)例子，可是始終有人搞不清楚。

下面的電流源偏置電路究竟哪個(gè)結(jié)構(gòu)是對(duì)的？幾乎每個(gè)模擬IC課程都會(huì)講這個(gè)例子，可是始終有人搞不清楚。

常見(jiàn)的電流源偏置電路

在介紹gm/Id的集成電路設(shè)計(jì)方法時(shí)，有一個(gè)實(shí)例就是設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電流源偏置，關(guān)于電流源偏置的原理也在其中仔細(xì)推導(dǎo)。

上圖中的兩個(gè)電路結(jié)構(gòu)是應(yīng)聘模擬集成電路設(shè)計(jì)崗位時(shí)最常見(jiàn)的電路結(jié)構(gòu)之一，經(jīng)常有面試官拿這個(gè)結(jié)構(gòu)出一些問(wèn)題。

問(wèn)題很簡(jiǎn)單：假設(shè)所有MOS管都工作在飽和區(qū)，NMOS尺寸比例如圖中標(biāo)注所示（K>1），那么上圖中哪個(gè)電路工作的更好，給出合理的理由？

有兩個(gè)關(guān)于該電路的推導(dǎo)，分別是輸出電流表達(dá)式與兩個(gè)NMOS跨導(dǎo)的比值，這兩個(gè)結(jié)論會(huì)在后面用到。

利用電流表達(dá)式，推導(dǎo)出

與

的跨導(dǎo)比值為：

對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)乍一看覺(jué)得兩個(gè)電路貌似一樣，都是NMOS的

電壓差值通過(guò)電阻R產(chǎn)生電流，那么哪個(gè)才是正確的呢？

很多同學(xué)會(huì)在其它地方見(jiàn)到各種各樣的解釋，最終都告訴大家，右邊的電路才是可以穩(wěn)定工作的。

無(wú)外乎兩種說(shuō)法，第一種說(shuō)法：圖(a)中是正反饋，圖(b)中是負(fù)反饋；第二種說(shuō)法：兩個(gè)圖中電路都是正反饋，不過(guò)圖(a)中反饋系數(shù)大于1，圖(b)中反饋系數(shù)小于1。

以上兩種說(shuō)法到底哪種是正確？回答這個(gè)是需要具體計(jì)算和推導(dǎo)的。

從電流角度理解該電路的反饋特性

從電流角度理解上面偏置電路的時(shí)候首先要有一個(gè)認(rèn)識(shí)：對(duì)于偏置電路中尺寸比為K:1的

和

，

接成源極負(fù)反饋的形式時(shí)，兩個(gè)NMOS的

比值為：

上圖中從紅色標(biāo)記處斷開(kāi)環(huán)路，假設(shè)紅色標(biāo)記處有一個(gè)電流擾動(dòng)

，那么流過(guò)

和

的電流為

，按照逆時(shí)針?lè)较蚍治觯?/div>

通過(guò)PMOS電流鏡，流過(guò)

和

的電流為

;

通過(guò)

和

的鏡像關(guān)系之后，流過(guò)

的電流現(xiàn)在為

;

經(jīng)過(guò)上面兩個(gè)過(guò)程，可見(jiàn)電流通過(guò)環(huán)路之后被放大了

倍，該電路是一個(gè)正反饋，如果

，那么該電路反饋系數(shù)大于1（顯然成立）。

上圖中從紅色標(biāo)記處斷開(kāi)環(huán)路，假設(shè)紅色標(biāo)記處有一個(gè)電流擾動(dòng)

，那么流過(guò)

和

的電流為

，按照順時(shí)針?lè)较蚍治觯?/div>

通過(guò)PMOS電流鏡，流過(guò)

和

的電流為

;

通過(guò)

和

的鏡像關(guān)系之后，流過(guò)

的電流現(xiàn)在為

;

經(jīng)過(guò)上面兩個(gè)過(guò)程，可見(jiàn)電流通過(guò)環(huán)路之后被縮小了

倍，該電路是一個(gè)正反饋，如果

，那么該電路反饋系數(shù)小于1（顯然成立）。

通過(guò)上面的兩個(gè)簡(jiǎn)單分析，可以得到結(jié)論：上面兩個(gè)圖中電路都是正反饋，不過(guò)圖(a)中反饋系數(shù)大于1，圖(b)中反饋系數(shù)小于1。

從電壓角度理解該電路的反饋特性

以上從電流角度的理解沒(méi)有詳細(xì)的推導(dǎo)，如果還不能說(shuō)服你，那么可以閱讀以下具體的環(huán)路增益推導(dǎo)過(guò)程，假設(shè)按照?qǐng)D中標(biāo)注斷開(kāi)環(huán)路，并加入小信號(hào)干擾，計(jì)算環(huán)路增益。