最新CMOS模拟集成电路的设计-ch2器件物理课件ppt.ppt

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1、CMOS模拟集成电路的设计-ch2器件物理2.1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.线性区triodeorlinearregionMOSFET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

2、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)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，

3、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NMOS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

4、，阈值电压VTH会随之增加，这种体电位（相对于源）的变化影响阈值电压的效应称为体效应，也称为“背栅效应”。其中，γ为体效应系数，典型值0.3-0.4V1/221沟道层通过Cox耦合到栅极，通过CD耦合到体区。所以体区电压同样可以（通过CD的耦合作用）影响沟道中载流子的浓度，影响导电性，或者说阈值电压的大小。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

5、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、，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

7、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，更接近理想电流源，能提供更高的电压增益对Nwell工艺，用PMOS管可消除体效应独占一个阱，可以有不同的体电位34NMOS管与PMOS管工艺参数的比较35长沟道器件和短沟道器件前面的分析是针对长沟道器件（4m以上）而言对短沟道器件而言，关系式必须修正用简单模型手算，建立直觉；用复杂模型仿真，得