电流镜：降低误差、提高稳定性的必备模块

电流镜是模拟和混合信号电路中最基本的组成模块。一个好的电流镜具有优良的对参考电流的复制能力以及能够抗噪声的高输出阻抗。过去这是用级联连接实现的，但是这可能无法考虑减少裕度。为此又开发出其他的电流镜，在维持高输出阻抗的同时可以减小裕度问题。这些先进工艺中的晶体管输出阻抗已经衰减的相当多了。图4-14所示的电路就是一个低压、高输出阻抗电流镜的实例。通过设计器件的尺寸，例如使MN2的尺寸为其他器件尺寸的四分之一，能够将所需的输出电压减小到2V_{d sat}。这个电路有几个问题。第一，由于MN1与MN5的V_DS值不相等导致电流匹配不完美。在小尺寸工艺中由于阈值电压对源漏电压敏感性的不同使这个问题被进一步放大。因为它们会导致运算放大器偏置电压的增加，所以必须考虑这一问题。另外，由于源漏电压不同，各种器件在工作时间内阈值电压漂移会不同，将导致失配进一步增加。

图4-14 低压高阻抗电流镜（来源于参考文献[4]）

图4-15所示为另外两种改善了电流匹配能力的低压电流镜。图4-15a所示的电流镜已经广泛使用好几年了。通过控制V_CAS，可以在实现维持高输出阻抗和良好电流匹配的同时使输出电压摆幅最大。图4-15b所示的电流镜具有相似的性能而且输出节点维持在固定电压以减小电路参考一侧的电流误差^[6]。通过控制相应的参考电压，可以实现输出节点在较宽的范围内摆动。在使用图4-15b所示的电流镜时必须倍加注意有源输入要求稳定的补偿。(www.xing528.com)

图4-15 改善了电流匹配的附加低压/电流参考的电流镜

图中所示的电流镜在减小裕度的同时甚至还提供了使用级联结构的能力，但是栅泄漏效应一直被忽略了。在实际实现设计时必须考虑栅泄漏问题，因为它会影响电路工作，特别是工作在弱反型时，这时参考栅泄漏电流较小但是器件栅泄漏电流较大。