模拟工程师：电流镜还需要关注建立速度？

前段时间做项目时遇到了一个超压问题。可以说，超压问题也算模拟工程师的一个死对头了。超压问题的解决当然有很多办法啦，比如换管子类型、改电路结构等，有很多细节上的处理技巧。但这个问题最后的解决办法是比较有意思的，最后是利用了电流镜的建立时间来解决了超压问题。

电流镜还需要关注建立速度？是的，有时候还挺重要的，笔者之前做的ADC项目有个使能不断开关的省功耗模式，就对电流的建立速度提出了苛刻的要求。建立速度还能影响到耐压？是的。只能说实际工程领域，一切皆有可能。

那么这具体是怎么一回事呢？我先介绍一下遇到的问题。

该问题出现的电路是一个OP构成的信号链电路，它主要是实现包括信号放大、ECC（回波消除）、EQ（均衡）、BLW（基线漂移补偿）等功能。电源域是2.5V，但OP的对管全部采用1.2V管子来做（至于为什么这么做，说来话长，和今天探讨的问题关系不大，只需知道这种做法还是比较常见的），因此在进行使能切换仿真的时候1.2V管出现了瞬时超压。这里有必要提一下，低压管如Vgs瞬态电压等超过了1.2V的+20%，且脉冲持续时间大于20ns即被认为有超压风险，当然不同公司的要求可能不太一样。

超压这件事情呢，有时候是比较烦人的。为了避免超压，有时候需要改动电路结构，或者更换耐压更高的器件啥的，最后的电路可能不超压了，但性能却也下降了。有些情况这也是没有办法的事情，因为超压属于可靠性问题，因此往往要硬着头皮来改电路，所以这也是一个模拟工程师不得不权衡的地方。一个电路无超压问题，就需要考虑它所有的可能场景。稳态不超压只能说是基本要求，此外，比如使能切换场景、上电过程场景都要保证不超压。上述那个超压问题就是在使能切换时出现的。

解决超压问题的第一步当然是分析波形，理清因果关系，然后针对这个“因”来思考解决的办法。说实话，我个人体会，“分析波形”与“理清因果”的鸿沟就如同“知道”和“做到”之间的鸿沟一样巨大。分析过程可以清楚看到一个工程师的思考方式、技术能力以及经验丰富程度。围绕超压的那个管子点开了各个波形，经过分析，两个不同的人可能找到的“因”是不一样的，甚至都有可能完全相悖。这也是模拟电路里挺有意思挺奇妙的地方。我有时候还挺乐于探究别的同事对某个问题的分析思路，尤其是当他们点开一个个的波形讲解的时候，你就能感受到他们的思考方式。我发现，有的人擅长基于波形去分析波形，而有的人却很擅长从电路原理角度去分析波形，听着是不是一句废话？但事实和我的经验就是这样，后者往往更容易从错综复杂的波形中灵光一现地发现问题所在。我有限的经验带给我以下两点认识：

当你对电路原理理解不够的时候，解决问题往往是一件特困难的事情;

当你对电路原理理解不够的时候，要做好电路也是一件特困难的事情。

耐压问题解决的分析过程很难用文字以符合逻辑的方式描述清楚，我也就不考验我的文字技巧了。总之经过分析，我们找到的“因”是这样的：认为是OP的P管的偏置电流比尾部电流源的偏置电流建立快引起的问题。很自然的。我们想到的是，如果让OP的P管的偏置电流比尾部电流源的偏置电流建立慢下来，那问题是不是解决了。这是个值得尝试的措施，因为需要的改动很小。

为了直观一点，我们用下图来举例说明。，用IPM代表OP的P管偏置电流，用INM代表OP的N管的偏置电流。正常情况下IPM建立的速度是快于INM的，这是因为当IREF给到时，A、B、C三点的偏压是按指数规律依次建立的，因此存在一个先后顺序，也就造成了电流的建立有快有慢。如果我们选择用I2代替INM，则I2的建立速度将快于IPM。经过这样的改动后，结果也确实是令人振奋的，有效解决了超压问题。

电流镜示意图

审核编辑：黄飞