CMOS模拟集成电路的设计ch2器件物理ppt课件.ppt

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1、模拟CMOS集成电路设计第2章MOS器件物理基础12.1基本概念漏（D:drain）、栅（G:gate）、源（S:source）、衬底（B:bulk）GSDMOSFET：一个低功耗、高效率的开关2MOS符号模拟电路中常用符号数字电路中常用MOSFET是一个四端器件32.2MOS的I/V特性沟道的形成4阈值电压VTHNMOS管的阈值电压通常定义为界面的电子浓度等于P型衬底的多子浓度时的栅极电压。在基础分析中，假定VGS大于VTH时，器件会突然导通。通常通过沟道注入法来改变阈值电压的大小。5MOS器件的3个工作区1.截止区cutoffVGS

2、nearregionMOSFET处于线性区7DerivationofI/VCharacteristics8I/VCharacteristics(cont.)9I/VCharacteristics(cont.)10深三极管区线性区的MOSFET等效为一个线性电阻（导通电阻Ron）113.饱和区activeorsaturationregion过驱动电压Vov有效电压Veff过饱和电压Vsat一个重要的概念（VGS-VTH）12饱和区内，电流近似只与W/L和过饱和电压VGS-VTH有关，不随源漏电压VDS变化因此在VGS不变的条件下MOSFET可以等效为恒流源13跨导是小信号(AC

3、)参数，用来表征MOSFET将电压变化转换为电流变化的能力。反映了器件的灵敏度——VGS对ID的控制能力。引入重要的概念跨导gmtransconductance利用这个特点可以实现信号的放大如果在栅极上加上信号，则饱和区的MOSFET可以看作是受VGS控制的电流源1415到此为止，我们已经学习了MOSFET的三种用途：开关管恒流源放大管分别处在什么工作区？16怎么判断MOSFET处在什么工作区？方法二：（源极电压不方便算出时）比较栅极Vg和漏端Vd的电压高低方法一：比较源漏电压Vds和过饱和电压Vsat的高低17图中MOS管的作用是什么？应该工作在什么工作区？思考题18即NM

4、OS开关不能传递最高电位，仅对低电位是比较理想的开关相对的，PMOS开关不能传递最低电位，仅对高电位是比较理想的开关19202.3二级效应体效应在前面的分析中，我们未加说明地假定衬底和源都是接地的（forNMOS）。实际上当VB

5、。22体效应对电路性能的影响体效应会导致设计参量复杂化，AIC设计通常不希望有体效应23沟道长度调制效应当沟道发生夹断后，如果VDS继续增大，有效沟道长度L’会随之减小，导致漏源电流ID的大小略有上升，饱和区的电流方程需要做如下修正：L越大，沟调效应越小！其中λ为沟道长度调制系数24沟调效应使饱和区的MOSFET不能再看成理想的电流源，而具有有限大小的输出电阻ro25亚阈值导电性（弱反型）在初步分析MOSFET的时候，我们假设当VGS

6、，与VGS呈指数关系：26栅和沟道之间的氧化层电容C1衬底和沟道之间的耗尽层电容C2多晶硅栅与源和漏交叠而产生的电容C3、C4，每单位宽度交叠电容用Cov表示源/漏与衬底之间的结电容C5、C62.4MOS器件电容分析高频交流特性时必须考虑寄生电容的影响根据物理结构，可以把MOSFET的寄生电容分为：27器件关断时，CGD=CGS=CovW，CGB由氧化层电容和耗尽区电容串连得到深三极管区时，VDVS，饱和区时，在三极管区和饱和区，CGB通常可以被忽略。在电路分析中我们关心器件各个端口的等效电容：28大信号和小信号模型大信号模型用于描述器件整体的电压-电流关系，通常为非线性小

7、信号模型如果在静态工作点（偏置）上叠加变化的信号（交流信号），其幅度“足够小”，则可以用线性化的模型去近似描述器件，这种线性化模型就是小信号模型。292.5MOS小信号模型30小信号参数：31MOS管的完整小信号模型对于手算，模型不是越复杂越好。能提供合适的精度即可32MOSSPICE模型模型精度决定电路仿真精度最简单的模型——Level1，0.5m适于手算33NMOSVSPMOS在大多数工艺中，NMOS管性能比PMOS管好迁移率4：1，高电流驱动能力，高跨导相同尺寸和偏置电流时，NMOS管rO大，更