一種大電流高輸出阻抗電流鏡的設計

2 改進(jìn)電流鏡的設計
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構成兩級型共源共柵電流鏡；MOS晶體管M5～M14構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)可計算出改進(jìn)的電流鏡的輸出阻抗為：

可見(jiàn)本文設計的電流鏡的輸出阻抗遠大于原有結構電流鏡的輸出阻抗。
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，負輸入端電壓增大，必將導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(zhù)C點(diǎn)電壓的減小而減小，直到放大器正負兩端電壓相等。由此可見(jiàn)，本文設計的電流鏡在輸入電流不變的情況下能夠很好地穩定A點(diǎn)的電壓。另外，即使輸入電流發(fā)生變化，由于放大器的負反饋作用，使得能夠很好地滿(mǎn)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的存在，導致VDS1和VDS2存在接近10 mA的偏差。在長(cháng)溝道情況下，λ值通常小于0．01，根據式(1)可知，電流誤差小于10-5量級，因此放大器的輸入失調不會(huì )帶來(lái)大的一致性誤差。
在圖3的電路中，只要滿(mǎn)足Vout≥VOV2+VOV4，M2和M4就可以在飽和區正常工作。通過(guò)調整M2和M4的寬長(cháng)比使得過(guò)驅動(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(xiàn)性區時(shí)，電流鏡也同樣具有較高的輸出阻抗。