模擬電路課件 北航自動(dòng)化 Unit2

1、上機(jī)課安排上機(jī)課安排( (第第4 4、5 5周周4 4段新主樓段新主樓F F座座535535機(jī)房）機(jī)房）周一周一周三周三周四周四周五周五周六周六周日周日上午8:00-12:00172117221732（13周）周）17311712（12周）周）下午2:00-6:001521（13周）周）晚上6:00-10:001522（12周）周）1711&1741（12周周和和13周）周）1522（12周）周）元元件件線(xiàn)形元件線(xiàn)形元件: 電阻、電容、電感、恒流（壓）源等電阻、電容、電感、恒流（壓）源等非線(xiàn)性元件：二極管、三極管、非線(xiàn)性元件：二極管、三極管、MOS管等管等元件元件模型模型物理模型物理模

2、型: 分析元件內(nèi)部物理特性上構(gòu)造模型分析元件內(nèi)部物理特性上構(gòu)造模型,電電阻、電容等阻、電容等宏模型宏模型: 元件的輸入元件的輸入/輸出外特性參數(shù)來(lái)構(gòu)造模型，輸出外特性參數(shù)來(lái)構(gòu)造模型，運(yùn)放等運(yùn)放等n 集成電路中的電阻分為 ：l 無(wú)源電阻 通常是合金材料或采用摻雜半導(dǎo)體制作的電阻 l 有源電阻 將晶體管進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接和偏置，利用晶體管的不同的工作區(qū)所表現(xiàn)出來(lái)的不同的電阻特性來(lái)做電阻。 無(wú)源電阻圖形尺寸的計(jì)算方塊電阻的幾何圖形 hWLR 材料最小值典型值最大值互連金屬0.050.070.1頂層金屬0.030.040.05多晶硅152030硅-金屬氧化物236擴(kuò)散層1025100硅氧化物擴(kuò)散2410N

3、阱（或P阱）1k2k5k 0.5-1.0m MOS工藝中作為導(dǎo)電層的典型的薄層電阻阻值單位:/口有源電阻有源電阻的幾種形式： 電容n 在集成電路中，有多種電容結(jié)構(gòu)：l 金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)l 多晶硅/金屬-絕緣體-多晶硅結(jié)構(gòu)l 金屬叉指結(jié)構(gòu)l 利用二極管和三極管的結(jié)電容l MOS電容 集總電感可以有下列兩種形式：?jiǎn)卧丫€(xiàn)圈多匝螺旋型線(xiàn)圈 多匝直角型線(xiàn)圈 二極管等效電路模型 端電壓V與結(jié)電壓VD的關(guān)系是： SDDRIVV1DSDtVnVeII其中 高頻下：勢(shì)壘電容Cj：擴(kuò)散電容Cd：mVVCC0Dj0j1tTTVnIdVdIdVdQCDDDDd 二極管在反向偏壓很大時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿。專(zhuān)門(mén)設(shè)

4、計(jì)在擊穿狀態(tài)下工作的二極管稱(chēng)為齊納二極管。但二極管的電流電壓方程沒(méi)有預(yù)示這種擊穿，實(shí)際電路設(shè)計(jì)中需借助SPICE等模擬工具來(lái)大致確定擊穿電壓值。參 數(shù) 名公式中符號(hào)SPICE中符號(hào)單 位SPICE中默認(rèn)值飽和電流ISISA1.0E-14發(fā)射系數(shù)nN-1串聯(lián)體電阻RSRS0渡越時(shí)間TTTSec0零偏勢(shì)壘電容Cj0CJ0F0梯度因子mM-0.5PN結(jié)內(nèi)建勢(shì)壘V0VJV1二極管模型參數(shù)對(duì)照表 S2n4RkTAIn 閃爍（1/f）噪聲和散粒噪聲 ：DD2n21IqfIKFIAFKF和AF是噪聲系數(shù) 雖然NPN晶體管常被設(shè)想為在兩個(gè)N溝層之間夾著一個(gè)P型區(qū)的對(duì)稱(chēng)型三層結(jié)構(gòu)。但與MOS器件不同的是：集電區(qū)

5、與發(fā)射區(qū)這兩個(gè)電極不能互換。注意：注意：雙極型晶體管雙極型晶體管EM直流模型直流模型EM小信號(hào)等效電路 gmF：正向區(qū)跨導(dǎo)r：輸入電阻r0：輸出電阻gmR：反向區(qū)跨導(dǎo)r：集電極-基極電阻C ：基極-集電極電容CCS ：集電極-襯底電容C：發(fā)-基極等效電容jebCCC雙極型晶體管的雙極型晶體管的GP模型模型 v GP模型對(duì)EM2模型作了以下幾方面的改進(jìn) ：（1）直流特性 反映了基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)，改善了輸出電導(dǎo)、電流增益和特征頻率。反映了共射極電流放大倍數(shù)隨電流和電壓的變化 。（2）交流特性 考慮了正向渡越時(shí)間F隨集電極電流IC的變化，解決了在大注入條件下由于基區(qū)展寬效應(yīng)使特征頻率fT和IC成反比

6、的特性 。（3）考慮了大注入效應(yīng)，改善了高電平下的伏安特性 （4）考慮了模型參數(shù)和溫度的關(guān)系 （5）根據(jù)橫向和縱向雙極晶體管的不同，考慮了外延層電荷存儲(chǔ)引起的準(zhǔn)飽和效應(yīng) 。 GP直流模型 GP小信號(hào)模型 BSIM3V3模型模型 BSIM（Berkeley short-channel IGFET model）3V3模型是1995年10月31日由UC-Berkely推出的專(zhuān)門(mén)為短溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管而開(kāi)發(fā)的模型。在BSIM3模型中考慮了下列效應(yīng)：（1）短溝和窄溝對(duì)閾值電壓的影響；（6）漏感應(yīng)引起位壘下降；（2）橫向和縱向的非均勻摻雜； （7）溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)；（3）垂直場(chǎng)引起的載流子遷移率下降（

7、8）襯底電流引起的體效應(yīng)，（4）體效應(yīng)； （9）次開(kāi)啟導(dǎo)電問(wèn)題；（5）載流子速度飽和效應(yīng)； （10）漏源寄生電阻。首字母首字母電路元器件電路元器件首字母首字母電路元器件電路元器件B砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管L電感C電容MMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管D二極管Q雙極型晶體管E電壓控制電壓源R電阻F電流控制電流源S電壓控制開(kāi)關(guān)G電壓控制電流源T傳輸線(xiàn)H電流控制電壓源V獨(dú)立電壓源I獨(dú)立電流源W電流控制開(kāi)關(guān)J結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管X子電路K互感（耦合系數(shù)）012電路輸入可仿真的電路EDA平臺(tái)Source Basic Diode Transistor Analog TTL CMOS Miscellaneous digital Mix

8、ed Indicator Miscellaneous RF Electromechanical 無(wú)芯線(xiàn)圈非線(xiàn)性變壓器變壓器可變上拉電阻電阻箱電位計(jì)繼電器連接器插座SIP單列直插DIP雙列直插電流控制開(kāi)關(guān)單刀雙擲單刀單擲時(shí)間延遲齊納管肖特基管兩端雙向穩(wěn)壓管三端雙向穩(wěn)壓管變?nèi)莨蹻ull-wave bridgeSilicon-Controlled Rectifier雙極結(jié)型管達(dá)林頓管3端耗盡型NMOS管3端增強(qiáng)型NMOS管N型JFETN型功率MOS管熱敏管功率MOS比較器單結(jié)晶體管 運(yùn)算放大器比較放大器多段放大器特殊功能放大器晶體管-晶體管邏輯集成電路高速雙堆棧多層管線(xiàn)寄存器音頻解碼32位DSP“1”時(shí)，探頭顯示彩色左邊高位，右邊低位 顯示“9”應(yīng)接為1001ABCDEFG光耦合真空管保險(xiǎn)絲電壓校準(zhǔn)器電壓參考電壓抑制步進(jìn)遞減轉(zhuǎn)換器步進(jìn)遞增轉(zhuǎn)換器遞增遞減轉(zhuǎn)換有損耗傳輸線(xiàn)無(wú)損傳輸線(xiàn)類(lèi)型1濾波器MOS管驅(qū)動(dòng)混合能源PWN控制網(wǎng)絡(luò)混合網(wǎng)絡(luò)RF電容RF電感RF雙極結(jié)型NPN管RF3端耗盡型NMOS管隧道二級(jí)管條線(xiàn)敏感開(kāi)關(guān)按鈕開(kāi)關(guān)定時(shí)接觸器繼電器線(xiàn)性變壓器保護(hù)裝置輸出裝置激活電路進(jìn)行功能仿真仿真儀器 萬(wàn)用表函數(shù)發(fā)生器瓦特表示波器四通道示波器波特儀頻率計(jì)數(shù)字發(fā)生器邏輯分析儀邏輯轉(zhuǎn)換儀IV分析儀失真分析儀頻譜分析儀網(wǎng)絡(luò)分析