Cmos 模拟电路基础(一)转载

seven7gege

写这个文章的目的是为了这段时间的学习作个笔记，同时激励自己继续下去。
1，  NMOS管的V-I特性
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非饱和区的I-V特性。  ( 0 < Vds < Vgs – Vtn  )
Vd = u E
其中，u为电子迁移率， E=V/l, 为导体内的场强。
Ids = 0.5*K*(W/L)*[2*(Vgs – Vtn)*Vds – Vds*exp2]
其中，K为器件的跨导系数，K= u*Cox = （u*ε0*εox）/ tox
用βn表示器件的增益系数，βn = K* （W/L）


饱和区的I-V特性。  ( 0 < Vgs - Vtn < Vds  )
随着Vds的增大，沟道漏端的导电层会减薄，当Vds = Vgs – Vtn时，它被夹断。当Vds继续增大，夹断点向源端移动。此时，沟道两端电压保持为 （Vgs – Vtn），而Vds的增加部分落在夹断耗尽区内，Ids几乎不变。如果夹断耗尽区的长度远小于L，忽略沟道长度的缩短，用Vgs – Vtn = Vds 带入得到饱和区的电流表达式为
Ids = 0.5*K*(W/L)*[(Vgs – Vtn)*exp2]
但是，当考虑沟道长度调制效应时，
Ids = 0.5*K*(W/L)*[(Vgs – Vtn)*exp2]*（1+λ*Vds）
试验证明，λ是沟道长度的线性函数。


截止区 （ Vgs – Vtn < = 0）
Ids = 0.


PMOS管的V-I特性，
它的偏压与极性与NMOS相反。但是，由于电子的迁移率与空穴的迁移率不等，前者是后者的2~3倍，因此，Kn= （2.0~3.0）Kp


2，  MOS管的小信号模型
输入信号的幅度一般与电源电压相比很小，它在直流偏置工作点附近变化，可以近似认为器件工作在线性区间。大信号可以确定器件的直流工作点，小信号可以用来设计器件和电路的性能。
对于在饱和区工作的mos，
gm = K*(W/L)*(Vgs – Vtn)*（1+λ*Vds）  其中，gm 是栅跨导
gds = 1/rds = ( Ids *λ)/(1+λ*Vds ) =λIds
其中，rds 是mos管的输出电阻。由该式可见，通过减小λ和减小Ids可以达到提高输出电阻的目的。而要减小λ，必须增大L


3, CMOS电路的基本模块
ＭＯＳ开关
开关导通时，Vds很小，Vgs很大，即MOS管处于非饱和区。
Id = K*W/L *(Vgs – Vt )*Vds
其中，0 &lt; Vds <VGS NMOS –Vt. 管的大信号沟道电阻是   
Ron = L / [K*W*(Vgs – Vg –Vds)]

Note:MOS管的最大转换速率主要由他的寄生电容和外部电阻决定。MOS开关的主要性能之一是开关的端电压与控制电压的相对范围。在N沟的MOS管中，为保证开关接通，栅电压必须远大于源极或漏极电压。否则，如果Vgs = Vdd, 且开关一端电压也为Vdd，则另外一端只能得到Vdd – Vt的电压。 因为在导通过程中，Vgs在减小，当Vgs=Vt,管子便截止了。


有源电阻：
在集成电路中，MOS管的有源电阻常用来代替扩散电阻或polysilide ，或得直流电阻或小信号交流电阻，以便节省芯片面积。
将mos 管的栅极和漏极连接起来，就构成了有源电阻。

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Vgs = Vds,此时，只要Vds &gt; Vt, 显然MOS管工作在饱和区。
I = Id = k*W/（2*L）*（Vgs – Vt）exp2
V = Vgs =Vds = Vt +（２*Id*L / K*W）exp (0.5)
mos 管的栅极和漏极连接起来意味着用Vds 控制Id，因此，沟道跨导变成了沟道电导，其小信号电导用g表示
g =K*W/L*(V-Vt)

note:有源电阻可以作为有源电阻的分压器,

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有时用两个有源电阻串联代替一个电阻，是为了节省栅极面积。


电流阱和电流源
电流阱和电流源都是两端元件。在理想情况下，他们的电流值与加在两端的电压无关，始终保持为常数。它们常被用来作为各级放大的偏置元件和有源负载，以提供稳定的工作电流和较大的动态电阻。
电流阱对负载提供拉电流或吸收电流，其端电压只有大于Vmin，或器件工作在饱和区才可产生近似不变的电流。


镜像电流源
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如图：由于Vdg1=0,只要Vds1&gt;Vt1,二极管连接的M1总处于饱和状态。由于Vgs1=Vgs2,如果Vds2&gt;Vgs1-Vt2,则M2也工作在饱和区。它就是上面的单管电流阱，输出恒定电流。他的电压偏置是通过Iref的偏置实现的。
如果M1=M2，则Id2=Iref
但是当Iref变化时，或M2的W/L比值变化时，输出电流Id2也发生变化。
Iout / Iin = Id2/Id1 = Kn2*W2*L1*(1+λ2*Vds2) / Kn1*W1*L2*(1+λ1*Vds1)
由此，我们可以通过W和L的参数的确定来调节镜像电流源的增益，也可以采用多个不同宽长比的M2器件，对同一参数电流Iref得到多个不同数值得电流。
Rout = 1 / (λ*Id)

linklau

怎么没人顶起啊？？

hotleaves

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