電流鏡在模擬IC中可以說是必不可少，關鍵又很重要。電流鏡的結構有很多種，今天來總結一下低壓共源共柵電流鏡在模擬IC的用法以及偏置電壓產生方法。

入職幾個與以來，完成了mentor的三個月入職計劃，也是正式進入了項目之中，開始也是先熟悉項目里面的電路，我是接手了老同事的osc模塊。從上周開始，根據新項目進度，也是正式進入了design階段，才發現，在企業做design，和在學校做design還是有差距的，什么模塊的電路的結構不能隨意去試錯，不像在學校，這個結構不行換個再試試。在公司這樣做的話，時間成本太大了。

讀研期間以及工作之后，看過這么多電路，做過這么多電路，發現，低壓cascode電流鏡真的是不管是學校，還是公司，應用都非常之多，我總結到，一共有3種偏置方法，公司和學校都有在用的，今天總結出來，供大家學習。

回到正題，電流鏡主要是用來copy電流的，那么copy的準不準，就看你用什么結構了，cascode結構相比非cascode，由于它的高阻抗，能夠使得電流copy的更加精準。

cascode又分為很多種類，常見的主要普通cascode和低壓cascode電流鏡，如下圖：

相比于普通cascode mirror，低壓cascode有更大的擺幅，而應用最多。但是，它也有一個弊端就是，有一個偏置電壓Vb的產生，需要額外電路去產生，相比普通cascode，Vb的產生電路也會增加功耗，盡管如此，低壓cascode應用也遠大于普通cascode，比如在低壓域中，擺幅是個很奢侈的東西，能大則大。

那么Vb的產生一共有三種實用方法，首先是第一種。

（1）僅通過一個MOS管提供Vb

如圖，M4是二極管連接方法，M4的柵極電壓/漏極電壓就是Vb，假設M4的電流和M5/M3的電流相同，都是IREF，且M3和M5的尺寸相同，為了得到最大的電壓擺幅，Vb（即M4的Vgs4）應該等于或者稍大于Vgs5+(Vgs3-Vth3),此處若忘了去看拉扎維第五章，根據飽和區電流公式，得到:

這里的推導是建立在所有MOS的Vth相等的條件下，實際，由于M4和M5的源端電壓不同，由于體效應，Vth3≠Vth5，因此計算出來的稍有偏差，但是對電流精度要求不高的場合，這么用，也沒啥問題。

PS:據經驗證明，低壓cascode的共源極和共柵極的尺寸一般不會是相同，因此，M4尺寸的大小也不是嚴格的M5尺寸的1/4，根據經驗，Vb電壓大小大于M3的柵極200-300mV就可以了，當然，也可以通過計算，按照上述步驟，計算出M4與M5的比例關系。

此方法，在allen的書上也有介紹。

（2）通過兩個串聯的MOS產生Vb

假設，M7和M0、M1的尺寸相同，那么M6應該是多大尺寸，M6工作在線性區而非飽和區。我們希望，M7的源端和M0的源端相等，這樣，電流copy的才準確，由于M7和M0的電流相等，因此M7和M0、M1的過驅動電壓是相等的。根據M7飽和區和M6線性區的電流關系，計算出M6的尺寸如下：

實際應用中，一般共柵管M0的尺寸和M1不同，兩者一般W相同，共柵管的L一般取得比共源管的小很多。因此，實際應用中，經驗做法就是，M0和M7的尺寸相同，M1的尺寸是M6的3倍即可。

（3）自偏置產生Vb

此種方法的有點就是，無需額外的偏置電路，節省功耗，但是弊端是，對于電流比較小的情況，電阻R的值可能會很大，導致很大的面積，尤其對于nA級的電流，R很容易達到MΩ級水平，不適用于nA級別的電路，除非對面積無要求。

此結構也是應用廣泛，我在碩士畢設中的基準源就用到了此結構的電流鏡，拉扎維也有介紹。

此種方法的原理是，利用電阻上的電壓降來產生共柵管和共源管的柵極電壓差值，正如allen書上所介紹的，電阻壓降一般在一個過驅動電壓VON大小，因此，經驗值，一般是200-300mV的VON，R的值就是VON/Iref。

以上3種方法，切身感受，用的很多，但是，很多地方也沒有像計算的那樣，精確到計算出來的尺寸，不知道是不是因為對電流精度不高的原因，個人愚見，電流鏡這個東西，比如說用在運放中，對電流精度要求本來也不是很高，所以也不必要鉆牛角尖，非要copy的電流大小百分百精準，這個也是沒必要。我在讀研時候，用第一種結構最多，簡單呀，很多時候也沒有按照計算的尺寸來，只要保證Vb大小大于共源管柵極兩三百mV，基本沒啥問題，流片回來也沒發現有問題。