cmos集成电路电阻的应用探析

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1、CMOS集成电路电阻的应用探析关键词：集成电路电阻开关电容CMOS目前，在设计中使用的主要有3种电阻器：多晶硅、MOS管以及电容电阻。在设计中，要根据需要灵活运用这3种电阻，使芯片的设计达到最优。1CMOS集成电路的性能及特点1.1功耗低CMOS集成电路采用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管总是处于一个管导通，另一个管截止的状态，电路静态功耗理论上为零。实际上，由于存在漏电流，CMOS电路尚有微量静态功耗。单个门电路的功耗典型值仅为20mHz工作频率时）也仅为几mOS集成电路供电简单，供电电源体积小，基本上不需稳压。国产CC4000系列的集成电路，

2、可在3~18V电压下正常工作。1.3逻辑摆幅大CMOS集成电路的逻辑高电平“1”、逻辑低电平“0”分别接近于电源高电位VDD及电影低电位VSS。当VDD=15V，VSS=0V时，输出逻辑摆幅近似15V。因此，CMOS集成电路的电压电压利用系数在各类集成电路中指标是较高的。1.4抗干扰能力强CMOS集成电路的电压噪声容限的典型值为电源电压的45%，保证值为电源电压的30%。随着电源电压的增加，噪声容限电压的绝对值将成比例增加。对于VDD=15V的供电电压（当VSS=0V时），电路将有7V左右的噪声容限。1.5输入阻抗高CMOS集成电路的输入端一般都是由保护二极管和串

3、联电阻构成的保护网络，故比一般场效应管的输入电阻稍小，但在正常工作电压范围内，这些保护二极管均处于反向偏置状态，直流输入阻抗取决于这些二极管的泄露电流，通常情况下，等效输入阻抗高达103~1011Ω，因此CMOS集成电路几乎不消耗驱动电路的功率。1.6温度稳定性能好由于CMOS集成电路的功耗很低，内部发热量少，而且，CMOS电路线路结构和电气参数都具有对称性，在温度环境发生变化时，某些参数能起到自动补偿作用，因而CMOS集成电路的温度特性非常好。一般陶瓷金属封装的电路，工作温度为-55~+125℃；塑料封装的电路工作温度范围为-45~+85℃。1.7扇出能力强扇出

4、能力是用电路输出端所能带动的输入端数来表示的。由于CMOS集成电路的输入阻抗极高，因此电路的输出能力受输入电容的限制，但是，当CMOS集成电路用来驱动同类型，如不考虑速度，一般可以驱动50个以上的输入端。2CMOS集成电路电阻的应用2.1多晶硅电阻　　集成电路中的单片电阻器距离理想电阻都比较远，在标准的MOS工艺中，最理想的无源电阻器是多晶硅条。　式中：ρ为电阻率；t为薄板厚度；R□=(ρ/t)为薄层电阻率，单位为Ω/□；L/W为长宽比。由于常用的薄层电阻很小，通常多晶硅最大的电阻率为100Ω/□，而设计规则又确定了多晶硅条宽度的最小值，因此高值的电阻需要很大的尺

5、寸，由于芯片面积的限制，实际上是很难实现的。当然也可以用扩散条来做薄层电阻，但是由于工艺的不稳定性，通常很容易受温度和电压的影响，很难精确控制其绝对数值。寄生效果也十分明显。无论多晶硅还是扩散层，他们的电阻的变化范围都很大，与注入材料中的杂质浓度有关。不容易计算准确值。由于上述原因，在集成电路中经常使用有源电阻器。2MOS管电阻MOS管为三端器件，适当连接这三个端，MOS管就变成两端的有源电阻。这种电阻器主要原理是利用晶体管在一定偏置下的等效电阻。可以代替多晶硅或扩散电阻，以提供直流电压降，或在小范围内呈线性的小信号交流电阻。在大多数的情况下，获得小信号电阻所需要

6、的面积比直线性重要得多。一个MOS器件就是一个模拟电阻，与等价的多晶硅或跨三电阻相比，其尺寸要小得多。简单地把n沟道或p沟道增强性MOS管的栅极接到漏极上就得到了类似MOS晶体管的有源电阻。对于n沟道器件，应该尽可能地把源极接到最负的电源电压上，这样可以消除衬底的影响。同样p沟道器件源极应该接到最正的电源电压上。此时，VGS=VDS，如图1（a)，(b)所示。图1（a)的MOS晶体管偏置在线性区工作，图2所示为有源电阻跨导曲线ID-VGS的大信号特性。这一曲线对n沟道、p沟道增强型器件都适用。可以看出，电阻为非线性的。但是在实际中，由于信号摆动的幅度很小，所以实际

7、上这种电阻可以很好地工作。其中：K′=μ0C0X。可以看出，如果VDS<(VGS-VT)，则ID与VDS之间关系为直线性（假定VGS与VDS无关，由此产生一个等效电阻R=KL/OS管的开关特性来实现。3电容电阻交流电阻还可以采用开关和电容器来实现。经验表明，如果时钟频率足够高，开关和电容的组合就可以当作电阻来使用。其阻值取决于时钟频率和电容值。在特定的条件下，按照采样系统理论，在周期内的变化可忽略不计。其中，fc=1/T是信号Φ1和Φ2的频率。　　这种方法可以在面积很小的硅片上得到很大的电阻。例如，设电容器为多晶硅多晶硅型，时钟频率100kHz，要求实现1M

8、Ω的电阻，