模拟集成电路设计系列博客——3.2.2 改进恒定跨导电路

3.2.2 改进恒定跨导电路

可以将宽摆幅电流镜结合到上小节所述的恒定跨导偏置电路中。这种修改可以显著降低由于晶体管有限输出阻抗导致的二阶效应，同时并不过于影响信号摆幅。完整电路如下图所示[McLaren, 2001]。这个电路是前面介绍过的固定跨导电路的改进版本，引入了宽摆幅电流镜和启动电路。

固定跨导通过晶体管\(Q_{12-15}\)来提供，使得\(g_{m14}=1/R_B\)。结果电流被镜像到\(Q_1\)用于产生PMOS晶体管的栅极偏置电压\(V_{bias-p}\)。注意到\(Q_{13}\)的电流密度\(I_D/(W/L)\)五倍于\(Q_4\)，因此\(Q_{13}\)的栅极电压适合用于PMOS的Cascode偏置\(V_{casc-p}\)。类似的，\(Q_{3,4,6,7}\)形成了PMOS宽摆幅Cascode电流镜，将电流以\(Q_1\)的五倍密度送入\(Q_5\)，使得\(V_{G5}\)成为合适的NMOS Cascode偏置\(V_{casc-n}\)。

上图中右侧展示了一个启动电路的例子，在偏置环路中所有的电流都为零时，\(Q_9\)会关断。由于\(Q_8\)作为一个常开的高阻抗负载工作，\(Q_{10}\)和\(Q_{11}\)的栅压会被拉低。这些晶体管会向偏置电路中注入电流，从而启动电路。一旦环路启动，\(Q_9\)就会打开，将所有的电流导入\(Q_8\)，拉高\(Q_{10,11}\)栅极，从而将他们关断以便不再影响反馈环路。这个电路只是启动电路的一个例子，还有很多其他的变种。比如有的时候n沟道晶体管\(Q_8\)会被一个实际电阻所取代（有可能通过一个阱电阻来实现）。

一个值得一提的有趣问题是上述的偏置电路由四个不同的环路组成，一个正反馈的主环路，一个启动环路（最后会关闭），还有两个用来给Cascode晶体管建立偏置电压的环路。后两个环路同样形成正反馈，但是增益非常小。最后，注意在固定\(g_m\)偏置环路中的放大器可能自身就会被环路偏置。