电路设计分享-自偏置电流镜电路设计-KIA MOS管
电流镜属于模拟电路设计中的一个基本模块，可为其他模块提供偏置电流，例如在放大器中提供偏置电流以形成尾电流源并确定直流偏置点。本文介绍一种自偏置的电流镜，从原理出发，并以0.18um的工艺进行设计和仿真。
自偏置电流镜原理
如图一所示的电路，也称之为Beta-multiply reference电路，其中M2的尺寸是M1的k倍。M3复制M4的电流，M2和M1的漏极电流相同，但是VGS并不相等。其中：
可以看出，参考电流与工艺参数、电阻和MOS管尺寸比例有关，所以合理的选择电阻值和MOS管尺寸及比例就能得想要的参考电流。
图一的电路会经常拿来与图二的电路相比较。这两个电路看似很像，但有实质性的区别，图一的电路因为电阻的加入衰减了环路增益而变得稳定，而图二的电路不稳定。
两者都是利用正反馈来得到参考电流，通过在P点或者N点断开环路并加独立源来分析环路增益，可以发现图一所示电路的环路增益小于一，而图二所示的电路环路增益大于一，导致不稳定的正反馈，所以图二所示的电路无法提供稳定的参考电流。
对于图一所示的自偏置的电流镜，会存在另一个稳定的状态，那就是“零电流状态”，换言之，就算提供了电源电压，电路两边流过的电流可能为零，这依然是一种稳定状态，可以草率的理解为“简并”态。
因此，我们需要一个“刺激电路”，旨在将电路拉离“零电流状态”，我们称之为启动电路(start up ciucuit)，启动电路在初始时将电路启动，产生一个参考电流，主电路正常工作时启动电路应该不影响主电路。如图三所示为加了简单的启动电路的电流镜。
初始时，M3、M4、T3的栅极电压接近Vdd，M1、M2、T2栅极电压接近于地，因此，T1导通并传输M3栅极到M1栅极的电流，此时电路脱离零电流状态，开始进入工作点；
工作时，Vbiasn将T2导通，因为T2的宽长比远大于T3，所以在流过同样电流的情况下，T2的漏极电压将会很低，使得T1截止，所以启动电路此时不影响主电路的工作状态。
我们非常关注此电路对电源电压的敏感性，通过分析我们知道参考电流对电源电压的敏感度依赖于MOS管的输出阻抗，输出阻抗越大，敏感性越低。
对于长沟道的MOS管来说，输出阻抗比较大，而对于短沟道的MOS管输出阻抗比较低，所以在电源电压变化使参考电流会出现不稳定的情况，为了减小敏感度，我们需要减小VDD变化时所引起的NMOS管漏源电压的变化。
如图四所示，加一个放大器用来钳位M1、M2的漏极电压，此时形成了一个串联负反馈，增加了M2的输出阻抗，增加的放大器也称为辅助放大器(Auxiliary amplifier)。
具体的电路实施如图5所示。
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