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λ=0 时才能使I 0 为恒定值。为了使其恒流特性有所改善，可增大M2 的沟道长度L。L增大，
λ r
使 减小，输出阻抗 0 增大，恒流特性得到改善。
例：镜像电流源电路中，Iin＝100uA，每个晶体管W/L＝ 100um/1。6um。假设
unCox=92uA/V2 ，Vtn=0。8V，rds=＇8000L（um）＇/＇ID（mA）＇，求镜像电流源的rout和gm1 的值，
并推算输出电压变化 0。5V时Iout的变化情况。
解：因为M1 和M2 的W/L比相同，所以Iout的额定值等于Iin的额定值为 100uA。这样，
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我们得到
Rout=rds2=8000*1。6/0。1=128kΩ
gm1 的值由下式得出。
gm1＝＇2unCox（W/L）ID1＇1/2=1。07mA/V
得到rs1=1/gm1=935Ω。这个rs1 值远小于rds1，在这个例子中rds1 等于rds2。
输出电流的变化可以利用rout推算为
ΔIout=ΔV/rout=0。5/128 kΩ=3。9uA
换句话说，如果原来Iout测量为 101uA（由于不匹配和一个更大的VDS电压），输出电压
增加 0。5V将产生一个大约 105uA的新的输出电流。注意：这个估算并没有说明诸如rds实际
上随着输出电流改变这样的二级效应。
有三种因素会使电流镜与式（3…1）描述的理想情况不同。这些因素是：（1）沟道长度调
制。好的电流镜或电流放大器应当有相同的漏－源电压和高的输出电阻。（2）两个管子之
间的阈值偏差。对于适宜的硅栅CMOS工艺，相同且靠得很近得两只管子阈值电压的典型失
调值小于 10mV。（3）非理想的几何图形匹配。指两个器件的宽长比的误差，由于存在掩膜、
光刻、刻蚀以及外扩散的差异，即使是两个管子并排放在一起也会有所不同。
3。2 高输出阻抗的恒流源电路
为了抑制沟道长度调制作用的影响，得到更好的电路性能，就要对上述基本电流镜进
行改进。如图 3…2 所示，它与基本电流镜相比增加了M3、M4。由于增加了这两个MOS管，使
V
该电流镜具有很好的恒流特性以及高的输出阻抗。由图 3…2 可知M3 和M4 使Ml的 DS 1 和M2
V I I
的 DS 2 相同或近似相同。其中 0 和 R 的关系可写为：
I O S 2 （1 ＋ λV D S 2 ） S 2
= =
I R S 1 （1 ＋ λV D S 1 ） S 1 （3…3）
S为各器件的宽长比，上式表明，输出电流I 0 与λ无关，即输出电流不跟随输出电压
r
的变化而变化，从而具有很好的恒流特性和较高的输出阻抗。电路的输出阻抗 0 可由交流
小信号等效电路图 3…3 所得：
图 3…2 标准共源共栅的恒流源电路
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V =i ＇r ＋r ＋r r （ g ＋ g ）＇
0 0 ds 2 ds 4 ds 2 ds 4 m 4 mb 4
=i ＇r ＋r ＋r r g （1＋η ）＇
0 ds 2 ds 4 ds 2 ds 4 m 4 4
（3…4）
其中：
g m b 4
η =
4
g m 4 （3…5）
因此输出阻抗r 可以表示为：
0
r0 = rd s 2 rd s 4 g m 4 （3…6）
图 3…3 交流小信号等效电路
上式可以表明，该恒流源的输出阻抗比图3…1所示的恒流源电路的输出阻抗
大r g 倍。
ds 4 m4
例：共源共基镜像电流源电路中，Iin＝100uA，每个晶体管W/L＝100um/1。6um。假设
unCox=92uA/V2 ，
Vtn=0。8V，rds=＇8000L（um）＇/＇ID（mA）＇，求镜像电流源的rout（体效应约为 0。2gm）。
还求使得输出晶体管保持在工作区的Vout的最小输出电压。
解：通常，Iout=Iin，这样我们可以求出这个镜像电流源的小信号参数为
gm4＝＇2unCox（W/L）Iout＇1/2=1。07mA/V
还有
rds2=rds4=8000*1。6/0。1=128kΩ
输出阻抗为
Rout=128k＇128（1。07＋0。2*1。07）＇=21MΩ
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要求出最小输出电压，我们首先需要确定Veff：
1/2
Veff=＇2Iout/（ unCoxW/L）＇ =0。19V
这样，最小输出电压求得为 2×0。19＋0。8=1。18V
3。3 HSPICE 仿真分析基本恒流源电路
（1）仿真电路
（2）网表
EXP 3。1 Simple MOS Current Mirror
。option post=2 numdgt=7 tnom=27
M1 1 1 0 0 nch l = 1u w = 5u
M2 2 1 0 0 nch l = 1u w = 5u
I1 0 1 DC 10u
V1 3 0 DC 0
V_I2 3 2 DC 0
图 3…4 基本恒流源电路
。MODEL nch NMOS VTO=0。7 KP=110U LAMBDA=0。04 GAMMA = 0。4 PHI = 0。7
*。dc V1 0 5 。1 I1 10u 80u 10u
。dc V1 0 5 。1
。END
（3）仿真结果
图 3…5 基本恒流源电路仿真输出结果
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3。4 HSPICE 仿真分析高输出阻抗恒流源电路（MOS 管参数同上）
图 3…6 高输出阻抗的恒流源电路
图 3…7 高输出阻抗恒流源电路仿真输出结果
通过与前面的仿真结果比较�