有一天，作者君在看別人做的電路，忽然意識到一個問題：這個designer放電流源開關的位置，和作者君自己的習慣不一樣。呃，到底哪種好一些呢？

一般來說，我們內部電路的電流，一般是由bandgap之類的模塊產生的。當然，bandgap可能本身的driving能力有限，后面一般配個buffer，然后再掛上一堆的PMOS電流源：

Fig.1 電流源，開關，和本地電路

比如作者君這張圖里面的remote bias gen，假設就是某個buffer的一部分。經過中間不知道有多么長（虛線）的金屬走線，最后來到了一個local的模塊，比如說一個ADC。當然，為了把這個遠道而來的電路變成當地local群眾喜聞樂見的好電流，旁邊一般還加上諸如電容之類的小心思。不過，大致上的樣子，就是作者君上面這張圖里畫的了。

回到正題，我們如果需要加入可控的功能，比如不想用這個local的ADC，就需要一個開關switch，可以隨時關掉這個local bias gen。這個紅色的開關，現在畫在這里，大家有什么想法嗎？

正常的開關當然是transistor，那么，到底要怎么放這個transistor呢？

Fig.2 直觀的本地開關

好了，一個直觀的想法就是這樣。這個M2就是我們需要的東西。不過，怎么看起來有點那個啥啥？如果在低電壓的電源下工作，比如典型的65nm以下的工藝，CMOS的VDD一般也就1.2V，假設Vth是450mV，我們稍微算算：

下面的M1是diode connection，所以M1的drain上面的電壓大概是450+200=650mV，同時，這個電壓也是M2的source電壓。一般M2需要導通的時候，M2的gate連到了最高的Vdd，也就是1.2V。這樣一來，M2的Vgs=1.2V-0.65V=0.55V。

所以說，我們以為M2是個非常好的，有著很大的Vgs，完全工作在線性區的完美的開關。結果，人家的vth只有可憐兮兮的不到一半的vdd。人世如此艱難，若是再去個ss Corner，vth再大點，那這個小可憐M2還能導通嗎？這是個問題……

除此之外，M2因為可能vgs不夠大，但是電流Id又被遠處的電流源給限定了。所以，vgs不夠的情況下，怎么辦呢？靠Vds了！很可能的情況，會是M2在絕境中開始施展拳腳，上下去豪取搶奪需要的Vds（M2的Vds可能大于200mV，不是我們以為的幾mV）來滿足Id的要求。因此，可能我們遠處的電流源那個PMOS被M2壓得Vd一直上升，導致說好的10uA的電流，變成了9uA或者更小。悲劇 ?。?/p>

總結一下：1）M2的Vgs可能不夠；2）M2需要導通一定的電流，Vgs不夠的情況下，Vds需要增大，因而減小了上下兩個transistor的vds。

既然已經知道了問題所在，那么怎么做可以解決這個問題呢？

Fig.3 優化之后的電路

換個位置！

前面Fig.2的M2，禍源是因為它除了需要表現得像是一個完全的開關，可以正常的導通或者斷開，還得承擔一定的電流運輸工作。前一項，我們可以認為是數字的功能，后一項，我們可以認為這是模擬的功能。也就是說：

數字功能：通路的on/off;

模擬功能：電流輸送能力強or弱；

So，我們如果專注于其中一項功能，也就是關鍵的數字功能，fig.3的結構就很實用了。在這里，M2只控制M1的gate和drain。因為CMOS transistor的gate上面基本上沒電流（leakage暫時不談），這樣一來，即使M2不能完美的實現最大的vgs（等于1.2V的Vdd的Vgs，比如大部分的邏輯電路），但是此時的M2沒有輸送電流的需求，即使等效于一個大的電阻，也并不會影響主要通路，也就是從上面的PMOS到下面的diode M1。

同時，有時候我們會在M1的gate上面加個電容，還能一定程度起到LPF濾波器的作用。畢竟后面的local bias gen，關心的就是M1產生的這個Vg嘛！

But！作者君最后想起來一個事情：要想在power off的時候，真正的完全關掉M1，Fig.3里面的M2可能還是不夠用！一個floating gate的M1，聽起來總是感覺有點人心惶惶的……再在M1的gate上面加一個power off的開關吧！也就是M3了。M3的控制信號跟M2是相反的，所以能夠在M2斷開的時候，把M1的gate拉到vss，防止M1的gate上面的殘余電荷造成不必要的麻煩。

PS：評論里面有位同仁說還可以這樣：

Fig.4 低電壓設計

Fig.4的好處，在于M2的Vgs等于Vdd，保證了M2一定會fully on。（不像Fig.3里面的M2的Vgs可能還是不太夠用）但是，為了讓M1的source不至于太大（后面電路的source都是連著vss，所以M1的source最好也是Vss），M2的尺寸還是大一些的好。so，有點浪費面積……

后來，有人在知乎上面評論fig.4的matching問題。好吧，再加一個圖：

多加一個M4，盡量讓M1和M5的source相等，這樣M1和M5的matching就更好了。其實呢，把M1和M5的source連在一起，然后一起連到M2的drain上面，也不是不可以。但是，作者君不喜歡內部電路收到外面的干擾，所以沒那么接。此處的Vg1也不要被內部電路使用，免得外部的noise啥的趁虛而入。

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