




版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
ogIC
Chapter1Devices-MOSFETVersion-II,2012, WhatisElectronic
Circuits(Netlist)=ElementsElementsordevices:PrimaryorBasicCellinthe元器件在電路中的基礎地位和決定性元器件的選擇+連接關系(結構)+參數(shù)(量化ElementsStructure&itsOperationStateSmall/Larger
Elements(
Active有源PN
Passive無源simplePassive:Twoterminals;linear;BiasingtoprovideactivedevicesoperationpointActive:ExceptDiode,threeormoreterminals(Why?)Staticbiasingnecessary,Generallynonlinear;Onlyactivedevicewithmorethantwoterminalscanbeusedamplifying,andseriousconditionsneededforlinear Passive:
,Ohmlaw:RL LR W 選擇電阻類型(結構/材料:RS),設計圖形Application,VtoBranchCircuitCurrentCurrentBasing.GoodinApplication,ItoCurrentCurrentVoltageBasing,Poorin
電阻自身的設簡單, 主要考慮在電路中的電流定義、電位調(diào)節(jié),設定合適的工作點和匹配條 Passive:LinearCapacitance&
CCS
(W
Inductance:LLt tC和L功能上表現(xiàn)為對偶特
CdVC
L
Lagersignal& 描Smallsignal& 描
XC
XL電容上電壓不能突變,電壓電感上電流不能突變,電流紋
IC中至少C不可避免,電路頻時域大信號Start-upPulseOSCDelayDC Simplestactiveelement:PN PN/Diode--正向導通(電壓近似鉗位),反向截止直至擊穿電流性--擴散電流,I-V指數(shù)規(guī)律V-I對數(shù)率顯著非線性 )1] Vln(IPN S
S
SIS0反向飽和電流與反偏電壓無關,但隨PN結面積而增熱電壓,理想正溫度系數(shù)電
kT26mV@ 電 能Question:PN結在電路里有何具體應用直流 ,穩(wěn)壓,鉗位,電平移位交流:低阻高頻極點、交流短路,結電容變?nèi)菪卣箲茫篗OSDiode電流 Active:BipolarJunctionTransistor
結構兩個背靠背PN,發(fā)射結正偏集電結反偏三端口非線性電流性質:本質上仍是PN結電流!發(fā)射結正偏提供擴散電流Ie;基極復合形成IB;IBIE集電結反偏對Ie按比例收集,形成VCB正偏或零偏,收集系數(shù)隨偏壓線性變化導致IC隨反偏電壓線性變化
exp(VBEV CV CQuestion:畫出BJT輸出特性曲線,與MOS輸出特性比較形似而內(nèi)在機制不同,應用可類比、借鑒
FourTerminals:Gate(G),Source(S),Drain(D),Substrate特點:PN結反偏天 橫向:對原理:柵壓(縱向電場)感應電荷,形成反型溝道、溝道電阻(開啟)漏壓(橫向電場)驅動溝道電阻,形成溝道電流;兩維電場增強型耗盡型本質強反型下為漂移電流定律成立(修正弱反型下為擴散電流; Dimension:WidthLengthRatio
工藝規(guī)范制造,設計確定形狀和尺PlateCap,Controlled
簡單看就是可變非線性 DeviceSymbol:two
VoltageControltype Currentdirectiontype Substrate-ReverseBiased,抑制襯底PN結電流P:方向向外;N:DefinitionDrain& Source:提供載流子;Drain:收集載流Circuit(CurrentPMOS:s/bulk,high,NMOS:s/bulk,
NMOS:DtoPMOS:StoDrain:N/PMOS
DCI-Vequationsindifferentregion;DCParametersinMOSFET.
DCCurrent:InducedCharger ChargerinChannelinducedbyGateVoltage(dxwithVx
Vx
LinearapproximationofVxaroundxVx ,dxLx
0;
TotalQinvinChannelinducedbyFieldL dQ
VDS
V)WL
VGDVTH xC )1 x
VGS
DCCurrentindifferent
ElectricalFiled,mobility
tL,
ELDrift
EQinvVDS
inv
LinearCurrent,
W 1V2 kCox kk'(W VGS 過驅 k(V 1V2
導通電阻 (on)VDS
k線性電流飽和漏
1k2, DS
Process/Gaink
Width-LengthW/
Overdrive
Threshold襯底偏置AC:背柵
VTHVTHVTH0 2f2q2f2q0Si
2/2Explain:Usuallyinversebiased,NMOS:VBS<0;PMOS:溝道調(diào)制效
1k2(1 ), ,
MOSFET更關注在飽和恒流區(qū)的應用-不可替代 溝道調(diào)制效應–對飽和漏電流修
LLL(1L)L(1 等效W/L
(W W(1 )W(1VDS L(1 引入溝道調(diào)制系數(shù),理想等效厄利電壓V,理想V
1,
A(W
1k2(1 )
1k2(1VDSA DS A實際輸出電流與VGS,VDS兩種電壓均有關;VGS(主控),VDS(輔控 非線性
Operationregion
工作區(qū)域的限定與兩VGS:截止-弱反型(亞閾)-過渡-強反型;VDS:線性-過渡-D端溝道未夾斷,VGD=VG-VD=VGS- 飽和恒D端溝道夾斷VGDVTHVDSVGS-VTHVDSVDS到達臨界點后,多余VDS降落在漏漏耗盡層中,溝道電阻形狀不變,漏收集電流系數(shù)飽和為1,電流近似恒定.
OverdriveVoltage
飽和
1
2IDSk2IDSkQuestion:=0時電流IDS=0或者說,強反型飽和電流模型在當IDS0時,一定可進入弱反型亞進入過渡區(qū)和亞閾區(qū)后,可使0甚至<0Question:如何判斷在弱反型下的漏飽和恒流臨界條件
SubthresholdorWeak -100mV左兩種電流成份并存:VGS感應的載流子梯度形成VDS橫向電場驅動形成漂 exp(VGSVTH)[1exp(VDS 當VDS>>3VT時,濃度梯度大,但載流子總量小,擴達到輸出電流飽和條件 柵控電壓調(diào)制為主的擴散電流分
)Iexp(VGS D
SimilartoBJT,亞閾的MOSFET可視為BJT(I-V功能特性)觀特征:電流小,或小電流易工作WI區(qū),n>1亞閾斜率
ACRelated&ComefromDCACParametersinMOSFET:Small
AC
ACparametersarederivedbyDCI-V AC:gm&柵壓、漏壓對輸出小
io1
線性
@
Constan
d d
@VGSConstan
io
線性疊交流參數(shù)與直流I-V方程有關,由直流工作點定義最關心飽和區(qū)的交流參數(shù) 存在gm和gd的非對稱,可放大?
gm&gdunbalancedforpossible
gm(SI)k
2I
k
I
1
&
大信號下一定產(chǎn)生非Whatis
/2
VA0L 高
IDS
恒流信號放大:定性/定量
io
gmgd
gm/
Review:MOSFETOperation Digital:x-yTurn-on;Cut-yx
og:x-y第一象Turn-CurrentVoltageStrong/Weak og:R,ConstantI,Constant
MOSDiode:VoltageSource 飽和/線性臨界線右平移類似PN結I-V定T T
r1
低
gm
恒壓 VDSVGS1
m m
輸出阻抗轉變恒流恒壓o oSmallSignalEquivalent 低頻等效電路,忽略電容柵-源電柵-漏覆蓋(Miller)電容漏-源輸出(負載)電容MOSDiode:G-D短路,gmVgs=gmVds受控源等效1/gm總輸出導納gT=gm+gd,總輸出阻抗Question:IsLreductionreallybenefit ogNegative:LroGainPositive:LCgsfT
io Vgs
小尺寸,精度
fT
Twotransistors:Parallel&
(W
(L
)M1L
L)M
(W/ (W/同類MOS串、
Large
M M
Exe:利用等效W/L,判斷MA,MB狀態(tài)Result:MB:Saturation;MA: 定義法證明,或復合管等效W/L法證明Alwaystruewithoutrelatedwithtwo復合管:一個MOS管拆分為若圖形尺寸效應:W/L相同的復合管和單有差異!W/L相同但W,L不同的單管有差異 Discussion:Operationstatues
HowcanaMOSFETinCircuitwithazeroCut-off,VGS<<VTH,SwitchTurn-on,VGS>VTH,VDS=0,similarasRwithThesaturatedcurrentisalwayslargerthanthelinearcurrentTrue,ifVGSfortwotransistorsaretheUncertain,ifVGSfortwoMOSFETsaredifferent,ThelinearcurrentwithlargeVGSmaybelargerthanthatthesaturatedcurrentwithsmallVGS.Thetransistorwithsmallcurrent(suchas0.1uA)isalwaysinW.I.No,W/Lshouldbeconsidered,smallW/LresultinalargeevenwhenIDSissmall,thusstillinS.I.;ForaparticularW/L,theMOSFETcanmoreenteringintoW.I.whenIDSis
UniqueI-VmodelofMOSFETinAll
1k'WV
1n
WV S
ox IDS<<IS0,說明<<VT,進入弱反型,否則強反型,附近為過度區(qū),統(tǒng)一的端口歸一化電流模型,與夾斷電壓Vp,溝道電位VD或VSf(r {1f(r
VS(D)
VGn
亞閾斜輸出
IFIRIS0(ifir
電流相減的物理依據(jù)和好處適合各個偏置工作區(qū)域,與原獨立模型
數(shù)學近似
1if(r1if(r
VS(D)
11if1ir1i1lnxSVDS, 1i1
x
Vx1if1V ln[11if1V
1 ln1 1,
VxVSor ln1if1if1iR
ln
VS,
Sd Sd
ln[1xS]ln[1xd
ln VplnxSVDS,
統(tǒng)一模型的應用:跨導gm,輸出導納
11if(rgmS(d
2IF(
2IS0
1if(r1if(r 2IS0
VpVS)]2IS0
nk
2kI 2kI 2IS0ln[1exp(VpVS)]2IS0exp(Vp) i
2ISir
)0
,g -
2VDSISV 強反型線V
T
統(tǒng)一模型的應
1if11if
VpVS)]Vp
if>>1,強反
Vp-
V
V
1ifDS 1ifif<<1,弱反
1ln[1exp(VpVS)]exp(VpVS)1i1iV-V 1111 1]
1] )[1exp(DS 根據(jù)exp(-VDS/VT)==1/A的飽和條
VlnVln
1
1](2
1i1i反1i1i
1/AgmS/
Whatto MOSFETStructureisdefinedbyProcessOnlytodesignbothinparameterandstructureParameter:W/L,andW,Application:ConnectionofterminalswithinorbetweenMaindeviceandcircuit靜態(tài)工作點IDS
VGS
VDS阻抗參
,1/圖形參 W/工藝參 k頻率參
W
1
SPICEModel,HandCalculation&
Level1~3
k’,VTH,(VA),,n, --模擬電路性能與采用的工藝密切相關,同一工藝也有參數(shù)工藝角:N-PMOS(tt,ss,ff,sf, R(typical,slow,
仿真技術很DC直流工作AC交流小信號(頻率瞬態(tài)、噪聲特性匹配失調(diào),仿真精度
ComparisonofMOS&
CurrentControlCurrentSourceLargeoutputcurrentdrivingcapability,greatFastspeedduetoandhighgmandlargecurrent VoltageControlCurrentSource(VCCS)Lowvoltage&lowpowerconsumptionHighintegration(gm
(gm
(gm/IC
(1/ / /
DS Although(gm/I)MOSinW.I.isthesameasthatofBJT,butthecurrentIislimited(cannotbetoolarge),sothatgmforMOSisremainlower,andinhighcurrentthecurrentefficientisseriouslyreduced.
DC:I-Vcharacter,Non-linearBehavior;Determinedtheoperationpoint.AC:smallsignalcharacter,gm,gd,rd,LinearCompletedthelinearForsmallsignal,MOStreatedaslinearwhichisDCpointForlargersignal,MOStreatedasnon-linearnoneedforoperationDigital:Largersignalnon-linear,anykind
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 讀后續(xù)寫-打破+“女巫”+傳言擁抱善意暖陽+講義 高三下學期開學考試英語試題
- 裝修現(xiàn)澆合同范本
- 2025年桂林信息工程職業(yè)學院單招職業(yè)技能測試題庫及答案1套
- 消防鍋爐維修合同范本
- 電子商務平臺用戶購買行為研究
- 電競酒店會員福利解鎖全新體驗
- 鹵菜店合同范本
- 委托借貸款合同范本
- 2025-2030年中國燒結型焊劑行業(yè)投資分析及發(fā)展規(guī)劃研究報告
- 2025-2030年中國濾水器產(chǎn)業(yè)運行態(tài)勢及投資戰(zhàn)略研究報告
- 無人機警用方向應用簡介課件
- 變電站一次系統(tǒng)圖
- 《思想道德修養(yǎng)與法律基礎》說課(獲獎版)課件
- 幼兒園中班居家安全教案
- 網(wǎng)頁設計和制作說課稿市公開課金獎市賽課一等獎課件
- 《新媒體營銷》新媒體營銷與運營
- 食用油營銷整合規(guī)劃(含文字方案)
- 蘇教版科學五年級下15《升旗的方法》教案
- 現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵調(diào)控緒論
- 超高性能混凝土項目立項申請(參考模板)
- 電纜橋架招標文件范本(含技術規(guī)范書)
評論
0/150
提交評論