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。
值得补充的是，这个结构也可以被称作自偏置电流镜结构，可以作为一种电流基准而工作，两者之间的关系也不难理解，根据：
变化后得到\(dI=dV\times g_m\)，在\(g_m\)恒定的情况下对两侧积分有：
如果\(V\)也是一个恒定值，那么\(I\)自然恒定。所以一个重要的问题就是如何稳定恒定跨导管的源漏电压。像上面提到的通过反馈的方式提升晶体管输出阻抗的方式就可以起到稳定恒定跨导管的源漏电压的作用，从而使得输出的电流能够更加稳定。可以参考下面的文章：
