一文詳解偏置電流源電路的對與錯

下面的電流源偏置電路究竟哪個結構是對的？幾乎每個模擬IC課程都會講這個例子，可是始終有人搞不清楚。

常見的電流源偏置電路

在介紹gm/Id的集成電路設計方法時，有一個實例就是設計一個簡單的電流源偏置，關于電流源偏置的原理也在其中仔細推導。

上圖中的兩個電路結構是應聘模擬集成電路設計崗位時最常見的電路結構之一，經常有面試官拿這個結構出一些問題。

問題很簡單：假設所有MOS管都工作在飽和區，NMOS尺寸比例如圖中標注所示（K>1），那么上圖中哪個電路工作的更好，給出合理的理由？

有兩個關于該電路的推導，分別是輸出電流表達式與兩個NMOS跨導的比值，這兩個結論會在后面用到。

很多同學會在其它地方見到各種各樣的解釋，最終都告訴大家，右邊的電路才是可以穩定工作的。

無外乎兩種說法，第一種說法：圖(a)中是正反饋，圖(b)中是負反饋；第二種說法：兩個圖中電路都是正反饋，不過圖(a)中反饋系數大于1，圖(b)中反饋系數小于1。

以上兩種說法到底哪種是正確？回答這個是需要具體計算和推導的。

從電流角度理解該電路的反饋特性

從電壓角度理解該電路的反饋特性

以上從電流角度的理解沒有詳細的推導，如果還不能說服你，那么可以閱讀以下具體的環路增益推導過程，假設按照圖中標注斷開環路，并加入小信號干擾，計算環路增益。

通過上面的環路增益求解，可以得到結論：上面兩個圖中電路都是正反饋，不過圖(a)中反饋系數大于1，圖(b)中反饋系數小于1，所以圖(a)電路無法穩定工作，圖(b)中電路可以穩定工作。

電路仿真驗證

下面通過兩個簡單的電路仿真對比，驗證計算結果的正確性，為了利用之前的電路，這里采用PMOS結構電流源偏置電路。

分別采用stb仿真得到上面兩個電路的幅頻特性曲線，分析環路的增益與反饋類型，結合仿真結果判斷理論計算與仿真結果是否一致。

首先觀察正確電路的仿真結果，從環路相頻曲線可以看到，該電路是個正反饋電路，從增益曲線可以看到該電路環路增益小于1.

另一個電路的仿真結果如上所示，從環路相頻曲線可以看到，該電路是個正反饋電路，從增益曲線可以看到該電路環路增益大于1。