摘要:有人把电流镜比作这条河的闸门,闸门一开,毫安、微安、纳安各走各的道,可一旦闸门歪了,整条河就乱套。
“一颗指甲盖大小的芯片里,藏着一条看不见的河。
”
有人把电流镜比作这条河的闸门,闸门一开,毫安、微安、纳安各走各的道,可一旦闸门歪了,整条河就乱套。
最近某国产音频DAC流片失败,工程师追了三天三夜,最后发现就是威尔逊电流镜里一颗晶体管尺寸跑偏0.1微米,底噪飙了6 dB。
听起来玄乎?
其实每天都在发生。
先说最朴素的“两兄弟”电路。
Q1把自己集电极和基极绑在一起,等于举手投降:“我干脆当二极管吧。
”Q2在旁边照抄,电流一比一复制。
简单粗暴,但β一旦掉链子,镜像就糊。
更要命的是,想要1 mA,电阻得小;想要1 µA,电阻得大到离谱,版图里根本塞不下。
于是拉来老三Q3。老三干的是苦力活:把基极漏掉的电流再塞回去。
β变化被吃掉一半,精度立起来。
代价是多一个管子,面积涨一点,可比起重新流片,这点面积简直白菜价。
威尔逊电流镜则像给闸门加了弹簧。
Q1、Q2被钉死在固定压降上,Early效应想抬头?
负反馈直接把它按回去。
实测里,输出阻抗能从几十kΩ跳到几MΩ,温漂也被顺手削掉一截。
做ADC的哥们儿最爱它,毕竟LSB不容开玩笑。
有人偏不按1:1抄作业。
比例镜在发射极塞两只不同电阻,电流像调音阶一样随意缩放。1:5、1:10,只要算好阻值,版图里排排坐。
微电流镜更绝,用几百欧的“小”电阻榨出几百纳安,低功耗芯片就靠它吊着一口气。
别光看静态指标。
高速ADC里,电流镜的阶跃响应要是慢半拍,采样瞬间直接崩。
噪声、PSRR、寄生电容,哪个掉链子都能让“完美曲线”变心电图。
折叠式、宽摆幅、倍流镜……名字花哨,核心都是给不同场景开外挂。
温度是永远的反派。
硅的Vbe每升高1 °C掉2 mV,电流镜跟着打摆子。
有人堆补偿电路,有人干脆换砷化镓,甚至有人把管子做成八边形对称布局,赌的就是工艺偏差互相抵消。
听起来像玄学,流片回来一看,还真灵。
说到底,电流镜不是教科书里那几行公式,而是工程师和工艺之间的拉锯战。0.1微米的偏差、1 °C的温升、一根多出来的金属线,都可能让“完美镜像”变成哈哈镜。
下次再听到某芯片底噪莫名超标,别急着骂算法,也许只是闸门没对齐。
来源:李哥说山水