拉扎維配套ppt_2

1、 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 1第二章第二章MOS器件物理基礎(chǔ)器件物理基礎(chǔ) 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 2MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 3襯底襯底Ldrawn：溝道總長(zhǎng)度溝道總長(zhǎng)度Leff：溝道有效長(zhǎng)度，溝道有效長(zhǎng)度， Leff Ldrawn2 LDMOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)LD：橫向擴(kuò)散長(zhǎng)度橫向擴(kuò)散長(zhǎng)度（bulk、body） 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成

2、電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 4MOS管正常工作的基本條件管正常工作的基本條件MOS管正常工作的基本條件是管正常工作的基本條件是:所有襯源（所有襯源（B、S）、）、襯漏（襯漏（B、D）pn結(jié)必須反偏！結(jié)必須反偏！寄生二極管寄生二極管 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 5同一襯底上的同一襯底上的NMOS和和PMOS器件器件寄生二極管寄生二極管*N-SUB必須接最高電位必須接最高電位VDD！*P-SUB必須接最低電位必須接最低電位VSS！*阱中阱中MOSFET襯底常接源極襯底常接源極SMOS管所有管所有pn結(jié)必須反偏結(jié)必須反偏: 重郵光電工程學(xué)

3、院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 6例：判斷制造下列電路的襯底類型例：判斷制造下列電路的襯底類型 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 7NMOS器件的閾值電壓器件的閾值電壓VTH(a)柵壓控制的柵壓控制的MOSFET (b)耗盡區(qū)的形成耗盡區(qū)的形成(c)反型的開始反型的開始 (d)反型層的形成反型層的形成 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 8NMOS管管VGSVT、VDS=0時(shí)的示意圖時(shí)的示意圖 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)

4、計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 9NMOS管管VGSVT、 0VDS VGS-VT時(shí)的示意圖時(shí)的示意圖GDGSDDSGSTSTV =V -V VV V -V溝道未夾斷條件溝道未夾斷條件 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 10NMOS溝道電勢(shì)示意圖溝道電勢(shì)示意圖(0VDS VGS-VT )oxGSTHdq(x)= -C Wdxv-v(x)-V邊界條件邊界條件:V(x)|x=0=0, V(x)|x=L=VDS 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 11Qd：溝道電荷密度溝道電荷密度

5、Cox：?jiǎn)挝幻娣e柵電容單位面積柵電容溝道單位長(zhǎng)度電荷溝道單位長(zhǎng)度電荷(C/m)WCox：MOSFET單位長(zhǎng)度的總電容單位長(zhǎng)度的總電容Qd(x)：沿溝道點(diǎn)沿溝道點(diǎn)x x處的電荷密度處的電荷密度V(x)：溝道溝道x x點(diǎn)處的電勢(shì)點(diǎn)處的電勢(shì)I/V特性的推導(dǎo)（特性的推導(dǎo)（1）電荷移電荷移動(dòng)速度動(dòng)速度(m/s)V(x)|x=0=0, V(x)|x=L=VDSdI = Q .vdoxGSTHQ =W C (V- V )doxGSTHQ (x) = WC (V- V(x) - V) 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 12I/V特性的推導(dǎo)（特性的推導(dǎo)（2

6、）對(duì)于半導(dǎo)體對(duì)于半導(dǎo)體：DoxGSTHI= -WC V- V(x) - V= = E Ed dV V( (x x) )E E( (x x) ) = = - -d dx x且且DoxGSTHndV(x)I= WCV- V(x) - VdxdVDSVLDoxnGSTHx=0V=0I d(x) =WCV- V(x) - V DSVL2D0noxGSTH01I x= WC (V- V)V(x) -V(x) 22DnoxGSTHDSDSW1I=C(V- V )V-VL2 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 13三極管區(qū)的三極管區(qū)的MOSFET（0 V

7、DS VGSVT）等效為一個(gè)等效為一個(gè)壓控電阻壓控電阻2DnoxGSTHDSDSW1I=C(V- V )V-VL2DnoxGSTHDSWI=C(V- V )VLDSGSTHVVT、VDSVGS-VT時(shí)的示意圖時(shí)的示意圖電子電子耗盡區(qū)耗盡區(qū) 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 17NMOS管的電流公式管的電流公式2noxDGSTHDSDSC WI =2(V -V )V-V2L2noxDGSTHC WI=(V- V )2L0DI截至區(qū)，截至區(qū)，VgsVTHVDSVTHVDS Vgs - VTH 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)

8、緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 18MOSFET的的I/V特性特性Triode RegionVDSVGS-VT溝道電阻隨溝道電阻隨VDS增加而增加導(dǎo)增加而增加導(dǎo)致曲線彎曲致曲線彎曲曲線開始斜曲線開始斜率正比于率正比于VGS-VTVDSVTN；VdVg-VTHNPMOS飽和條件飽和條件: Vgs1,是一個(gè)非理想因子是一個(gè)非理想因子) 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 33MOS管亞閾值導(dǎo)電特性的管亞閾值導(dǎo)電特性的Pspice仿真結(jié)果仿真結(jié)果VgSlogID仿真條件：仿真條件：VT0.6W/L100/2MOS管亞閾值電流管亞閾值電流I

9、D一般為幾十一般為幾十幾百幾百nA, 常用于低功耗放大器、帶隙基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。常用于低功耗放大器、帶隙基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 34MOS 低頻小信號(hào)模型低頻小信號(hào)模型DSonoxDDDSD2GSTHV111r = CWII / VI(V-V ) 2L 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 35例：求下列電路的低頻小信號(hào)輸出電阻例：求下列電路的低頻小信號(hào)輸出電阻(0)XXmgs0XmX0V= (I- g V )r = (I- g V )rm 0XX 0(1 + g r )V

10、= I r10XinXm 0mrVR=I(1 + g r )g 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 36例：求下列電路的低頻小信號(hào)輸出電阻例：求下列電路的低頻小信號(hào)輸出電阻(0)XXmgs0XDXmDXmX0XDV= (I- g V )r + I R(I+ g R I- g V )r + I Rm 0X0DmD 0X(1 + g r )V= (r + R+ g R r )IgsXXDV= V- I R10DmD 0XinXm 0D0mm 0r + R + g R rVR=I1+ g rRrgg r 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成

11、電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 37例：求下列電路的低頻小信號(hào)輸出電阻例：求下列電路的低頻小信號(hào)輸出電阻(0)gsXV= -VXXmgs0XDXmX0XDV = (I + g V )r + I R(I - g V )r + I R10DXDinXm 0mm 0r + RVRR=I1+ g rgg r 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 38小信號(hào)電阻總結(jié)小信號(hào)電阻總結(jié)（0）1/inmRg1/inmDm 0RgRg r1/inm0Dm 0RgrRg r對(duì)于圖（對(duì)于圖（A）：）：對(duì)于圖（對(duì)于圖（B）：）：對(duì)于圖（對(duì)于圖（C）：）

12、： 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 39MOS器件版圖器件版圖 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 40MOS電容器的結(jié)構(gòu)電容器的結(jié)構(gòu)2oxoxt0.1m, C0.35fF/m。2oxoxt50A, C6.9fF/m2oxoxt0.02m, C1.75fF/m 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 41MOS器件電容器件電容 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 42減小減小MOS

13、器件電容的版圖結(jié)構(gòu)器件電容的版圖結(jié)構(gòu)對(duì)于圖對(duì)于圖a:CDB=CSB = WECj + 2(W+E)Cjsw對(duì)于圖對(duì)于圖b: CDB=(W/2)ECj+2(W/2)+E)Cjsw CSB=2(W/2)ECj+2(W/2)+E)Cjsw = WECj +2(W+2E)Cjsw 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 43柵源、柵漏電容隨柵源、柵漏電容隨VGS的變化曲線的變化曲線C3=C4=COVW Cov：每單位寬度的交疊電容每單位寬度的交疊電容MOS管關(guān)斷時(shí)管關(guān)斷時(shí): CGD=CGS=CovW, CGB=C1/C2C1=WLCoxMOS管深線性區(qū)

14、時(shí)管深線性區(qū)時(shí): CGD=CGS=C1/2+CovW, CGB=0, C2被溝道屏蔽被溝道屏蔽MOS管飽和時(shí)管飽和時(shí): CGS= 2C1/3+CovW ,藹藹CGD=CovW, CGB=0, C2被溝道屏蔽被溝道屏蔽 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 44柵極電阻柵極電阻 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 45完整的完整的MOS小信號(hào)模型小信號(hào)模型 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 46NMOS器件的電容器件的電容-電壓特性電壓

15、特性積累區(qū)積累區(qū)強(qiáng)反型強(qiáng)反型 重郵光電工程學(xué)院重郵光電工程學(xué)院 模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論模擬集成電路設(shè)計(jì)緒論Ch. 1 # 47例：例：若若W/L50/0.5，|ID|500uA，分別求分別求: NMOS、PMOS的跨導(dǎo)及輸出阻抗以及本征增益的跨導(dǎo)及輸出阻抗以及本征增益gmr0 （tox=9e-9 n=0.1, p=0.2 , n= 350cm2/V/s, p= 100cm2/V/s ）tox=50 , Cox 6.9fF/m2(1 =10-10 m, 1fF= 10-15 F)tox=90 , Cox 6.9*50/90=3.83fF/m2 - -4 4- -1 15 5- -1 12 2- -4 4m mN Ng g = = 2 2 3 35 50 0 1 10 03 3. .8 83 3 1 10 0 / /1 10 01 10 00 0 5 5 1 10 03 3. .6 6m mA A/ /V V72- -3 3- -3 3m mN N 0 0N Ng g r r= = 3 3. .6 61 10 02 20 01 10 0同理可求得同理可求得PMOS的參數(shù)如下：的參數(shù)如下：gmP 1.96mA/V ，r0P 10K ，gmP r0P 19.6- -4 40 0N Nr r= =