一种CMOS电流源的设计
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摘 要： 设计一种电流源电路，获得输出电流Iout与Vdd无关。基于TSMC 0.35um cmos工艺模型，采用Pspice工具对电路进行仿真验证。仿真结果表明：当在电源电压从1V到4V变化时，输出电流Iout变化比较小。
中图分类号：TN402 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0220068－01
0 引言
放大器是数模混合电路中最本的电路模块之一，而偏置电路的性能将直接影响放大器的性能特性[3]。采用电阻直接分压产生的偏置与电源电压有关，从而极大影响放大器的性能，因此有必要对偏置电流电路进行分析设计。本文分析设计一种仅采用MOS管和电阻组成的电流源产生电路，并获得了与电源电压无关的输出电流。
1 电流源电路的分析与设计
本文设计的电流源结构如图1所示，图中所有MOS晶体管都工作在饱和区。M3、M4构成电流镜对，且具有完全相同的宽长比，因而M3与M4具有相同的沟道漏电流，即Iout=IREF，其中Iout与IREF分别为M3与M4的沟道漏电流。NMOS管M1与M2具有相同的沟道长度，但M2的宽度W2是M1管宽度W1的K倍，即(W/L)2=K・(W/L)1。由图1所示电路，M1的栅源电压VGS1与M2的栅源电压VGS2的关系可表示为
（1）
由MOS管的饱和电流公式及公式（1）可得
其中， 是电子迁移率， 是单位面积栅氧化层电容。公式（2）化解可得
由公式（3）式可知输出电流Iout与电源电压Vdd无关，仅由R1和K来决定。
2 参数的确定
假设M1管的栅源电压为VGS1，M2管的栅源电压为VGS2。由此可得：
对图1进行分析，由镜像电流源MP1和MP2得IREF=Iout （8）
电路的静态工作点是（6）式与（8）式所示曲线的交点，根据蛛网模型得当（6）式的极点与此交点重合时回到稳态的速度最快稳定性最好。由（6）式与（8）式联立求得交点，令（7）式等于零得极点，交点与极点重合得出稳定性最好的条件 。
3 仿真结果
为了验证所设计的电流源电路，本文基于TSMC 0.35um CMOS工艺模型，采用Pspice仿真工具对电路进行了仿真。输出电流Iout与电源电压Vdd的关系曲线如图2所示，仿真结果显示：电源电压在1V到4V之间变化时，输出电流Iout具有较小的变化。
4 结论
本文设计了一种只仅由MOS管和电阻组成的电流源电路。理论分析及仿真结果显示所设计的电流源电路获得了非常好的性能。该电路适用于为放大器提供偏置电流。
参考文献：
[1]毕查德・拉扎维等，模拟CMOS集成电路设计[M].西安：西安交通大学出版社，2002.12.
[2]童诗白，模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.
[3]林灵等，电流源电路的分析，思茅师范高等专科学校学报，2007，6，23（3）：49-51.