CMOS模拟集成电路分析与设计.ppt

沟道调制效应 在饱和区时，其漏极电流为 调制系数为： 而ΔL为： λ的大小与沟道长度及衬底浓度有关，ND上升则λ下降。考虑沟道调制效应的I/V曲线如下图所示。 第六十二页，编辑于星期二：十七点 三十六分。 沟道调制效应 由上图可以看出： 实际的I/V曲线在饱和时并非是一平行的直线，而是具有一定斜率的斜线。 所有斜线反方向延长与水平轴VDS间有同一交叉点，该点的电压称为厄莱电压VA。 因此在源漏之间是一个非理想的电流源。参数λ反映了沟道调制的深度，且沟道越短，λ越大，表明沟道调制越明显。λ与VA的关系为：λ＝1/VA 。 第六十三页，编辑于星期二：十七点 三十六分。 沟道调制效应 考虑沟道调制效应后MOS管的在饱和区的跨导gm为： 所以沟道调制效应改变了MOS管的I/V特性，进而改变了跨导。 从形式上看，其与VOV的关系还是一致的。 第六十四页，编辑于星期二：十七点 三十六分。 沟道调制效应 不考虑沟道调制效应时，MOS管工作于饱和区时的漏源之间的交流电阻为无穷大，是一理想的电流源。 考虑沟道调制效应后，由于漏电流随漏源电压变化而变化，其值为一有限值。这个电流源的电流值与其电压成线性关系，可以等效为一个连接在漏源之间的电阻，该电阻其实 VDS有关，没有精确解， 但可近似表示为： 第六十五页，编辑于星期二：十七点 三十六分。 沟道调制效应 一般ro也称为MOS管的输出阻抗，它会限制大部分放大器的最大电压增益，影响模拟电路的性能。 对于一个给定的栅源电压，一个较大的沟道长度L可以提供一个更理想的电流源，同时降低了器件的电流能力。因此，为了保证其电流值，应同比例增加W的值。 注：以上各式的推导是基于条件：ΔL远小于L（即长沟道）而得到的，此时才有 的近似线性关系，而对于短沟道器件则上述条件不成立，它会导致饱和ID/VDS特性曲线的斜率可变。 第六十六页，编辑于星期二：十七点 三十六分。 亚阈值效应 亚阈值效应又称为弱反型效应 前面分析MOS管的工作状态时，采用了强反型近似，即假定当MOS管的VGS大于Vth时，表面产生反型，沟道立即形成，而当MOS管的VGS小于Vth时，器件就会突然截止。 第六十七页，编辑于星期二：十七点 三十六分。 亚阈值效应 但MOS管的实际工作状态应用弱反型模型，即当VGS略小于Vth时，MOS管已开始导通，仍会产生一个弱反型层，从而会产生由漏流向源的电流，称为亚阈值导通，而且ID与VGS呈指数关系： 其中ξ1是一非理想的因子；ID0为特征电流： ，m为工艺因子，因此ID0与工艺有关；而VT称为热电压： 。 第六十八页，编辑于星期二：十七点 三十六分。 1.2 MOS管的极间电容(6) 不同工作区的极间电容 饱和区 栅漏电容大约为：WCol 漏端夹断，沟道长度缩短，从沟道电荷分布相当于CGS增大，CGD减小，栅与沟道间的电位差从源区的VGS下降到夹断点的VGS-Vth，导致了在栅氧下的沟道内的垂直电场的不一致。可以证明这种结构除了过覆盖电容之外的电容值 ： 　　　 2 WLCox /3 因此有： 　　　 CGS=2WLCox/3+ WCol 当MOS管工作饱和区时，栅与衬底间的电容常被忽略，这是由于反型层在栅与衬底间起着屏蔽作用，也就是说如果栅压发生了改变，导电电荷的提供主要由源极提供而流向漏，而不是由衬底提供导电荷。 第三十页，编辑于星期二：十七点 三十六分。 1.2 MOS管的极间电容(7) 不同工作区的极间电容 线性区 漏源之间产生反型层并且沟道与衬底之间形成较厚的耗尽层，产生较小的耗尽层电容，此时栅极电容为： 　　　CGD = CGS = WLCox /2+ WCol 　　 因为S和D具有几乎相等的电压，且栅电压变化ΔV就会使相同的电荷从源区流向漏区，则其栅与沟道间的电容WLCox等于栅源及栅漏间的电容。 与工作于饱和区一样，在线性区时，栅与衬底间的电容常被忽略。 第三十一页，编辑于星期二：十七点 三十六分。 1.2 MOS管的极间电容(8) 注意： 在不同区域之间的转变不能由方程直接提供，只是根据趋势延伸而得 。 总结 第三十二页，编辑于星期二：十七点 三十六分。 1.3 电特性与主要的二次效应 1.3.1 电特性 阈值电压 I/V特性 输入输出转移特性 跨导等电特性 1.3.2 二次效应 MOS管的衬底效应 沟道调制效应 亚阈值导通 温度效应 第三十三页，编辑于星期二：十七点 三十六分。 1.3.1 MOS管的电特性—阈值电压(1) Vth定义为吸引到表面的电子的数量与掺杂原子的数量相等时所对应的VGS，主要是