电流偏置、电压偏置

电压偏置：

1、对走线电阻引起的IR压降敏感

2、对噪声干扰敏感

3、器件相隔较远，匹配较差

电流偏置：

1、对走线电阻引起的IR压降不敏感

2、抗干扰能力强

3、需要匹配的器件可以放在一起，匹配更好。

模拟IC设计中，电流偏置的应用场景远远多于电压偏置。

基本电流镜

两个MOS都必须工作在饱和区

电流镜设计中需要考虑的因素

1、电流镜像精度（系统失配、随机失配）

2、输出阻抗

3、输出电压范围

4、噪声

系统失配

系统失配（温度梯度、湿度梯度、应力梯度）

设计准则（unit cell based、版图共中心，dummy）

随机失配

 饱和区电流公式

对电流失调有影响的三个因子：K、Vt、W/L

归一化

平方差

折中

过驱动电压很大，K和W/L决定失配

过驱动电压很小，Vt决定失配

基本Cascode偏置

DC分析：

VBN1=vgs=vod+vth

VBN2=2vgs=2vod+2vth

Vo_min=VA+vod=2vod+vth

不适用于低压设计

AC分析：

Rout=gm2ro2ro1+ro2+ro1

优缺点：

优点：输出阻抗高

缺点：输出摆幅受限

2支路偏置

 

DC偏置：

VA=VB=vod

BN1=vth+vod

BN2=vth+2vod

vo_min=2vod

多一条支路，功耗会增加

单支路偏置

 

W/3L管子vds=vod，vgs=vt+2vod，处于线性区，相当于一个电阻。

M1和M2漏极电压不相等，故存在系统失配。

共源共栅噪声

M1管噪声为主要噪声贡献，M2管噪声可忽略。

电流偏置的设计

第一步：确定current source尺寸

在W/L为1:1,2:1和4:1的情况下查看vdsat的变化，可以看出W/L增加4倍的时候，vdsat大致减半。

从随机失配的角度，vdsat越大越好

从噪声角度，vdsat越大越好

但是vdsat越大，意味着电压裕度变小。取2u/2u。

第二步：确定Cascode尺寸

Cascode管几乎不贡献噪声和失配，只需考虑输出阻抗。

Rout=gm2ro2ro1,输出阻抗和M2管本征增益成正比

gm2ro2正比于，需要WL乘积大。

需要gm2大，即vdsat2小，需要W/L大。

因此需要大的W和小的L,取W/L=16u/0.5

 仿真结果，Cascode管vdsat=62mV，管子工作在亚阈值区

可以适当增加W/L，使管子工作在饱和区，Cascode管不贡献失配和噪声，因此要使电压裕度的消耗最小，可以将cascode管的vdsat控制在100mV以内，留出更多的电压裕度给current source MOS管。