仿真电流镜输入偏置电流的方法

仿真电流镜输入偏置电流的方法

作者:Johan Bauwelinck， Gent University, Gent,Belgium

仿真电流镜的输出偏置电流是很简单的。您只需加上输入电流和测量输出电流，再计算它们的差就行了。然而，输出偏置电流不等于输入偏置电流，尤其当电路不是 1：1 电流镜时。高度地仿真输入偏置电流是比较复杂的。假设您正在处理 1：1 电流镜，并且想知道需要什么样的输入电流来得到 10mA 输出电流。在理想情况下，假如输入偏置电流为零，则输入电流是 10mA。然而，由于双极晶体管的β值有限、输出阻抗有限以及失配等原因，输入偏置电流不等于零。图 1 所示设计，仿真高，仿真时间短。

您可以利用反馈来强迫 CCCS（电流控制的电流源）的电流等于输入偏置电流。流入电压源 VOUT 的电流等于电流镜的输出电流和理想输出电流之差。这一电流就是“误差电流” (IERROR)。当 CCCS的电流 等于输入偏置电流时，误差电流为零。高增益 CCCS 放大误差电流，于是 CCCS 增加输入电流。这样，您就建立了反馈回路，您通过 CCCS 测出的电流就是输入偏置电流。反馈回路实现高增益，而高增益就能确保高（误差电流可忽略不计）。再则，由于您是通过计算直流工作点来得到这一结果的，因此仿真时间很短。

图 2 示出了IIDEAL=10mA、增益 G=1000、 VOUT=1V时，500 次蒙特卡罗仿真 的仿真结果。NPN 晶体管是用 0.35 微米硅锗 BiCMOS 工艺制造的，其发射极长度为 40 微米。不过，您可以将这种仿真方法用于所有电流镜和各类晶体管。图 2 所示的电流分布平均值是 194nA，标准偏差是 131nA。由于基极电流误差的缘故，这一平均值不为零。