剖析基本cascode单元的细节

在日常工作中，大家应该都会经常遇到需要调节cascode的bias这种情况。不敢自吹自擂的说，作者君目前还是能挺快的调好管子的参数的。不过回想起来刚学模拟电路的时候，作者君也是曾经感觉是如打地鼠一般的痛苦。

所以作者君就想跟小读者们分享一下自己的经验，帮助大家更快的跳过这个“打地鼠”的环节。

PS：大部分情况下，我们假设一旦电流确定，Vgs也是确定的。

如图这样的一个bias 产生电路。我们有了从外面拉进来的两路电流Iref，所以这左边三个管子就是我们调节这个bias的全部工作量了。应该很容易吧？

让我们试试看？

首先确定V1.

因为V1是diode M1产生的，对于右边的M2和M3来说，它包括两个电压，Vgs3和Vds2. 我们来分别看看这两方面：

Vgs3：因为电流已经确定，所以如果M3在饱和区，那么Vgs3也是确定的。

如果Vdsat3大概在100mV到200mV之间（作者君的习惯），并且M3的Vds3也大概比Vdsat3多100mV左右，作者君会认为M3的size就调好了，不需要动了。

如果Vdsat3的数值太小，也就是这个管子太过于strong了，减小（W/L）3就好；

如果Vdsat3的数值太大，也就是这个管子太过于weak了，增大（W/L）3就好；

Vds2：M2是主要的电流源，所以一般给它预留的Vdsat2，以及Vds2会稍微大一些。比如作者君一般的习惯，Vdsat2会给大概150mV到250mV的预留。同样Vds2会给多100mV左右的预留。

假设我们已经调节好了M3的size。如果此时看到的Vds2在我们预留范围内，那么就大功告成了。撒花！

如果Vds2过小，那么就减小V1吧！因为一个饱和区的M3，V3其实是会跟着V1一起浮动的。减小V1就很容易了，M1是个diode嘛！要让M1的Vgs变大，那就减小（W/L）1.

跟V1相关的M3已经确定了，我们来花力气针对一下和V2有关的M2吧！

首先，我们还是看看M2的周围环境：M3已经确定的情况下，V3是基本固定的；

此时，如果Vgs2大小合适，也就是Vdsat2是在前面提到的范围内，那就哈哈哈，完工！

如果Vgs2不够好，那就调M2吧！

Vgs2如果太小，说明M太strong，减小（W/L）2就好；

Vgs2如果太大，说明M太weak，增大（W/L）2就好；

最后，我们在已经确定了M1，M2，M3的情况下，再重新看看M2和M3的Vds。

可能出现的一种情况是：M3的Vds3有点大。假设这种情况：理想的Vds3是250mV，Vds2是350mV，但是此时的Vds3是500mV。

大家想想看，为什么会出现这样的情况呢？

一般来说，这是由于比较大的Vth2造成的。

因为Vgs2=Vds2+Vds3，所以如果此时的Vth2是600mV，Vdsat2是250mV，就会出现Vds2是350mV，而Vds3是500mV的情况。

怎么办？或者说需要调吗？

那就看你的要求啦！如果一般情况下你的电流源的负载会让M3的drain这边产生大概1V的电压，当你的Vdd是1.8V的时候，等效M3的Vds3也有450mV。作者君觉得，放过自己未尝不是一件好事情？^_^

如果你的Vdd只有1.6V（不要问我为什么设置这样的Vdd，当然是为了好算啊！1V+250mV+350mV），嘿嘿嘿，没办法，革命尚未成功……

因为调节M2和M3的过程就是打地鼠，如果只是Vds3造成的问题，我们为什么不换个思考方向呢？

当当当！surprise！加个电阻R1就好了！

这个电阻分去了Vds3上面不应该有的500mV-250mV=250mV的电压，让这个bias的产生支路和有外界loading的右边各个支路的情况变得接近。所以能过让current mirror变得更准确。

最后留个课堂作业吧？有时候，我们能看到有这样的电阻R2-4存在，大家说说它有什么作用？

PS：最后多说一句，如果需要有倍数的加大current mirror，大家务必保证L是一样的。比如说W/L=1u/0.5u是bias产生模块里面2uA对应的size，那么要mirror出4uA的电流，应该是W/L=2u/0.5u，而不是说只要ratio成比例就行。大家可以试试看4u/1u能不能让你得到精确的mirror的4uA电流？

编辑：jq