一种新型CMOS电流控制电流传输器
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2020-10-26
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一种新型一种新型CMOS电流控制电流传输器电流控制电流传输器
提出了一种基于共源共栅电流镜的CMOS电流控制电流传输器（CCCII）电路。该电路由跨导线性环电路和共源
共栅电流镜构成。相对于基于基本电流镜的CMOS电流控制电流传输器，该电路具有输出阻抗更大以及电流传
输精度更高的优点。分析了电路的工作原理，给出了实验结果，验证了电路的正确性。
关键词：关键词： 共源共栅；电流镜；电流控制；电流传输器
自从1970年CCII问世后，其作为电流模式处理信号中的一个不可或缺的组成部分，被广泛运用于各种模拟集成电路设计
中，但由于其X端有一个寄生电阻（约为10欧姆到100多欧姆)而传输特性并没有考虑这个电阻，此缺点使得X与Y端的电压跟
随无法达到理想要求，从而就导致了基于CCII的传输函数出现误差。针对此缺陷，1996年法国学者Fabre在CCII电路基础上提
出CCCII[1]。它除了具有CCII动态范围大、线性度好、功耗低、频带宽等优点外，还具备了CCII所不具备的2个特点：(1)电控
性。即可以通过外接电流控制X端的内部电阻，进而控制CCCII的端口特性；(2)CCCII把X端的寄生电阻纳入到端口特性中，
从而减小了CCII中X端寄生电阻导致的电压跟随误差。
但到目前为止，国内外学者所采用的电路均为Fabre提出的CCCII，该电路由跨导线性环电路和基本电流镜构成。而共源
共栅电流镜相对于基本电流镜而言，存在2个优点：(1)电流传输精度较高；(2)输出阻抗较高，所以对基于共源共栅电流镜的
CCCII进行研究非常有意义。本文介绍了共源共栅电流镜，并用共源共栅电流镜实现了CCCII电路。
1 CCCII端口特性及基于基本电流镜的端口特性及基于基本电流镜的CMOS CCCII电路电路
图1为CCCII的电路符号[2]，图中I
B
为外加偏置电流，Y端为电压信号输入端，X端为电压跟随端，Z端为电流输出端，理
想端口特性可表示为：
从而CCCII具有可电控性。由式(1)可知，由于将RX纳入端口特性，所以对于CCCII而言，减小了电压跟随误差。
图2为基于基本电流镜的CCCII电路，它包括M1～M4组成的跨导线性环电路，而M5～M7、M8～M9、M10～M11、M12
～M13为基本电流镜[3]。由图可知，输出端Z与基本电流镜输出M11、M13相连，其输出阻抗较低；基本电流镜M5～M7、M8
～M9向跨导线性环电路传输偏置电流IB，由于基本电流镜输出阻抗较低，使得偏置电流IB传输到跨导线性环电路中的比例较
少。文中将图2中基本电流镜全部换成共源共栅电流镜，不仅能增大输出阻抗，而且还能增大传输精度。
2 基本电流镜与共源共栅电流镜基本电流镜与共源共栅电流镜
电流型结构的电路性能很大程度上取决于其使用的电流镜性能[4]。通常期望一个电流镜能够拥有较高的电流传输精度、
较高的输出电阻、较低的输入电压以及最小输出电压。
图3中所示的基本电流镜由于自身存在的沟道长度调制效应，很难达到较高的电流传输精度以及较高的输出电阻。而图4
中所示的共源共栅电流镜则能够获得比普通电流镜更高的电流传输精度和输出电阻。
首先，图3中所示的基本电流镜和图4中所示的共源共栅电流镜的小信号输出电阻分别表示如下：
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