[发明专利]低压电流镜

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及电流镜的设计。

背景技术

电流镜是模拟电路中不可缺少的模块，它既可以作为偏置单元，也可以作为信号处理单元，其性能对整个电路的实现起着非常关键的作用。

图1是现有的一种MOS电流镜示意图，由输入电流源I_in和NMOS管M1、M2组成，其中输入电流源I_in是由电路中的基准电流源产生。图1的基本原理是保证M1和M2管的栅源电压V_GS一致，忽略沟道长度调制效应，从而根据MOS管的I-V平方律：

ID=12μCoxWL(VGS-VTH)2]]>

得到：Iout=(W/L)2(W/L)1Iin]]>

其中，C_OX表示单位面积的栅氧化层电容，μ表示MOS管中载流子的迁移率，W表示MOS管的宽，L表示MOS管的长，V_GS表示MOS管的栅源电压，V_TH表示MOS管的阈值电压，I_D表示流过MOS管的漏极电流。可以看出通过合理设置M1和M2的宽长比，就能得到和基准电流成一定比例的输出电流，从而满足后续电路的使用。

上述传统MOS电流镜易受工艺的影响，随着工艺中最小尺寸的降低，尤其是在使用最小长度晶体管以便通过减小宽度来减小电流镜的输出电容时，不能忽略沟道长度调制效应，这时，MOS管的I-V平方律关系修正为从而使得镜像的输出电流存在极大的误差。

为了抑制沟道长度调制效应，可以使用共源共栅结构，如图2所示，P点电压为V_p=V_GS2+V_GS1-V_GS3=V_DS1，合理选择M1和M3的参数，使V_GS1=V_GS3，则V_DS4=V_DS1，从而抑制了沟道长度调制效应，同时，相对于传统的MOS电流镜，共源共栅电流镜的输出阻抗大大提高，于是减小了负载对输出电流的影响，从而提高了电流镜的镜像精度。

虽然上述共源共栅电流镜提供了高的镜像精度，但是却以消耗电压余度作为代价，如图2所示，输出电压的最小值V_out(min)=V_GS1+V_ON3=2V_ON+V_TH，其中V_out(min）指输出点P的最小电压，V_GS1指NMOS管M1的栅源电压，V_ON指NMOS管M1和M3的过驱动电压，V_TH是NMOS管的阈值电压，上式合理设置参数使得NMOS管M1和M3的过驱动电压相等，从公式中可以得出，电压余度浪费了一个阈值电压，输出电压摆幅降低，不适合低压电路的使用。

在低压应用中，由于沟道调制效应的影响，基本电流镜的镜像精度较低；而共源共栅电流镜消耗了过多的电压余度，使得输出电压摆幅降低。