MOS开关与传输门特性分析.ppt

双向模拟开关 传输门的另一个重要用途是作模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号。这一点是无法用一般的逻辑门实现的。模拟开关的基本电路是由CMOS传输门和一个CMOS反向器组成的，如下图所示。和CMOS传输门一样，它也是双向器件。 假定接在输出端的电阻为RL,双向模拟开关的导通内阻为RTG。　　　　　 当C=0时，开关截止，输出与输入之间的联系被切断Vo=0。 当C=1时，开关接通，输出电压为： 电压传输系数： 谢谢观看！ MOS开关与传输门特性分析 单开关电路 输入信号 输出信号 MOS管的四种基本类型 G S D N 沟道耗尽型 G S D N沟道增强型 MOS（Mental–Oxide–Semiconductor） 金属 – 氧化物 – 半导体场效应管 G S D P 沟道增强型 G S D P 沟道耗尽型 在数字电路中，多采用增强型。 G S D N沟道增强型 源极 栅极 漏极 MOS管的结构和工作原理 vGS=0时 P N N G S D vGS vDS iD=0 D、S间相当于两个背靠背的PN结 不论D、S间有无电压，均无法导通，不能导电。 P N N G S D VDS VGS vGS0时 vGS足够大时（vGSVGS(th)），形成电场G—B,把衬底中的电子吸引到上表面，除复合外，剩余的电子在上表面形成了N型层（反型层）为D、S间的导通提供了通道。 VGS(th)称为阈值电压(开启电压） 源极与衬底接在一起 N沟道 可以通过改变vGS的大小来控制iD的大小。 MOS管的输入、输出特性 对于共源极接法的电路，栅极和衬底之间被二氧化硅绝缘层隔离，所以栅极电流为零。 输出特性曲线 （漏极特性曲线） 夹断区（截止区） 用途：做无触点的、断开状态的电子开关。 条件：整个沟道都夹断， 源极和漏极之间没有导通 沟道。 特点： 可变电阻区 特点:(1)当vGS 为定值时,iD 是 vDS 的线性函数，具有类似与线性电阻的性质，且其阻值受 vGS 控制。 （2）管压降vDS 很小。 用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。 条件：源端与漏端沟道都不夹断 恒流区： (又称饱和区或放大区） 特点:(1)受控性： 输入电压vGS控制输出电流 (2)恒流性：输出电流iD 基本上不受输出电压vDS的影响。 条件:(1)源端沟道未夹断 (2)漏端沟道予夹断 用途:可做放大器和恒流源。 MOS管开关等效电路 当vI=vGSVGS(th)时，MOS管工作在截止区。漏极和源极之间的内阻非常大，D-S间相当于断开的开关，vO≈vDD. 当vIVGS(th)且vI继续升高时，MOS管工作在可变电阻区。MOS管导通内阻RON很小，D-S间相当于闭合的开关,vO≈0。 传输门输出特性 传输门（TG）的应用非常广泛，不仅可以作为基本单元电路构成各种逻辑电路，用于信号传输，而且在取样—保持电路、斩波电路、模数和数模转换电路中传输模拟信号，因而又称为模拟开关。 CMOS传输门由一个P沟道和一个N沟道增强型的MOSFET并联而成，如下图所示。 电路结构 逻辑符号 C和C是一对互补的控制信号,设控制信号的高低电平分别为VDD和0V,那么当C=0时,只要输入信号的变化范围不超出0~VDD,则 Vi=0V～VDD VGS1=0V ～-VDD，T1始终截止； VGS2=VDD ～0V， T2始终截止。 T1和T2同时截止，输入与输出之间呈高阻(109?)，传输门截止。 当C端接+5V，C端接0时，Vi在0~+3V的范围内，T1导通。Vi在0~+3V的范围内，T2导通。由此可知，当Vi在0~+5V之间变化时T1和T2至少一个是导通。VO=Vi，信号可以传输过来。 由于T1、T2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互换使用，因而CMOS传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可互易使用。 利用CMOS传输门和CMOS反相器可以组合成各种复杂的逻辑电路，如数据选择器、寄存器、计数器等等。 举例利用CMOS传输门和CMOS反相器构成异或门。 A B TG1 TG2 Y 0 0 通 断 0 0 1 通 断 1 1 0 断 通 1 1 1 断 通 0