這期來點輕鬆的，聊一聊你知道的和不知道的電流鏡。
電流源可算是模擬集成電路中最基礎的內容，也是有很多花樣的基本單元。電流源是籠統的叫法，具體會根據電流的流向，分別叫做電流源（Current Source）和電流沉（Current Sink），如圖1所示。
圖1
電流源通常都是以電流鏡（Current Mirror）的形式實現，可以看做是雙埠電流放大器。關注的指標為輸入側的最小輸入電壓和輸入阻抗，輸出側的輸出擺幅和輸出阻抗，同時還有電流增益，如圖2所示。
圖2
簡單的NMOSFET的I-V特性如圖3所示。在線性區是向下開口的拋物線，在飽和區會有所區別。理想情況下，電流不隨Vds的變化而變化，實際情況會表現出有限甚至很小的輸出阻抗。
圖3
隨著先進工藝向低壓低功耗的方向演進，MOS的非理想因素越來越多，如圖4所示，這也對最簡單的電流鏡的設計提出了挑戰。
圖4
電流鏡改進設計中，有許多很好的結構。我們把常見的都列出來，如圖5~圖8所示。圖5(a)是最基本的電流鏡結構，圖5(b)是加入了負反饋的威爾遜電流鏡。
圖5
圖6中為Cascode結構的電流鏡及其改進形式。其中的(e)算是用的比較多的，性能比較好的一種結構，其缺點就是需要額外的一路偏置電流。
圖6
圖7(f)是貝爾實驗室的Sooch於1985年，申請的專利號為4550284的美國專利提到的結構，當然圖7(f)中Q3a工作臨界飽和狀態，其簡單的等效原理可以表示為圖7(g)，電阻32實現自偏置的功能。
圖7
圖8(h)是Aashi公司的Ichiro於1999年，申請的美國專利中提到的結構，專利號為5966005，有興趣的可以查閱看一下。在原始的專利中，Ichiro提到利用短溝道效應，通過使用不同的溝道長度，配合不同的閾值電壓。實現Q2工作在飽和區，從而實現較高的輸出阻抗（反向短溝道效應，會使閾值隨溝道長度減小而增大，貌似這樣該結構就無法保證Q2工作在飽和區。）。圖8(i)為帶源極電阻負反饋的電流鏡，可以作為(h)的等效電路。
圖8
上述幾種結構的幾個關鍵指標統計如圖9中表格所示。
圖9
好了，這期的內容就先聊到這裡，下期我們重點學習圖8(h)的self cascode CM結構，回頭見~