CMOS模拟集成电路设总复习ppt课件.ppt

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1、总复习1.MOS器件原理2.电流镜3.带隙基准4.反相器（三种类型）5.差分放大器6.共源共栅放大器7.输出放大器8.运算放大器知识点P--SiP型Si衬底(Semiconductor)N+N+栅极(Gate）金属(Metal)Al层GDS氧化物(Oxide)SiO2层器件结构MOS器件原理P--SiGDSN+N+VGS>0时,在栅极下面的二氧化硅中将产生一个指向P型衬底、且垂直衬底表面的电场。电场排斥空穴，吸引电子到半导体表面。反型层VGS越大吸引到半导体表面的电子就越多，当VGS>VT时，吸引到栅极附近P型硅表面的电子积累形成N型反型薄层。器件表面的导电类

2、型从原来的P型反型到现在的N型，导电沟道形成。VGSMOSFET的工作原理—导通过程继续增大VGS可使形成的反型层增宽(N型导电沟道)，将源区和漏区连接起来。VGS越大,反型层越宽,源漏间的导电能力越强。P--SiGDSN+N+反型层VGS将开始形成反型层所需的VGS值称为开启电压VT,也称为阈值电压。开启电压VT是增强型MOSFET的重要参数，其大小主要取决于SiO2层的厚度以及衬底掺杂浓度。MOSFET的工作原理—导通过程器件导通以后，此时在漏源之间加上电压VDS便会产生漏极电流ID,随着VDS的增加ID增加。由于沟道存在电位梯度,栅极靠近源极的电位为VG

3、S,而栅极靠近漏极的电位则为VGD＝VGS－VDS，靠近漏极的电场较弱，使沟道形状成楔形。当VDS＝VGS－VT时，导电沟道被夹断。沟道夹断后，源漏之间等效为一个很大的电阻，电流不会随着VDS增加，达到饱和。P--SiGDSN+N+VDSVGSIDMOSFET的工作原理—饱和过程MOSFET的工作原理—输入、输出特性曲线VGS(V)VTID0VDS=10VVDS(V)ID(mA)05101520VGS=8V7V6V5V4VVGS=VTVDS=VGS-VTVGS=VT输入特性曲线输出特性曲线MOS管的大信号模型MOS管的电流电压关系（以NMOS为例）：器件表面迁

4、移率[载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，是载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度]（cm2/Vs）单位面积栅氧化物电容（F/cm2）器件的宽长比跨导参数MOS管的大信号模型饱和区电流（以NMOS为例）：线性区电流（以NMOS为例）：PMOS的饱和区和线性区电流表达式？MOS管的小信号模型小信号模型输出电阻跨导增益1.MOS器件原理2.电流镜3.带隙基准4.反相器（三种类型）5.差分放大器6.共源共栅放大器7.输出放大器8.运算放大器知识点电流镜1.电流的比值等于管子的宽长比的比值（忽略沟道长度调制效应）2.从管子处于饱和区的条件出发，端口导出

5、电压满足的关系电流镜例.下图所示电路中，假设M1和M2的宽长比为40/1,M3和M4的宽长比为120/1,，IREF=0.1mA,试确定VX的值和Vb的允许范围（忽略衬偏效应）。解：M1饱和：例题M2饱和：获得稳定的输出电流要求所有管子饱和，则此时1.MOS器件原理2.电流镜3.带隙基准4.反相器（三种类型）5.差分放大器6.共源共栅放大器7.输出放大器8.运算放大器知识点带隙基准源三极管的基极发射极电压VBE是负温度系数。两个三极管工作在不同的电流密度下，其基极发射极电压的差值是正温度系数。带隙基准源基本不受电源和温度的影响带隙基准源电路结构带隙基准源例.首

6、先推导下图所示电路输出基准电压Vout的表达式，接下来确定n和(W/L)5使得基准电压在室温下具有零温度系数,已知M1~M4的宽长比均相等，R2/R1=2，ID1=ID2=50uA，且Q3和Q1相同。解：假设(W/L)5=m(W/L)1只要满足右式的所有m，n均可1.MOS器件原理2.电流镜3.带隙基准4.反相器（三种类型）5.差分放大器6.共源共栅放大器7.输出放大器8.运算放大器知识点反相器高增益放大电路的结构差分输入级共源共栅放大级输出级反相器是所有放大器中最基本的电路1.有源负载反相器2.电流源负载反相器3.CMOS反相器有源负载反相器有源负载反相器电

7、流源负载反相器电流源负载反相器CMOS反相器CMOS反相器CMOS反相器的频率响应反相器极点频率近似计算方法：1.频率响应的极点约等于节点到地的电容和电阻乘积的倒数。2.电路中的每一个节点对传输函数贡献一个极点。有源负载反相器的频率响应例.假设下图所示电路中M1的宽长比为2um/1um，M2的宽长比为1um/1um,Cgd1=0.5fF,Cbd1=10fF,Cbd2=10fF,Cgs2=2fF,CL=1pF,漏电流ID=100uA，求小信号增益和-3dB频率。解：-3dB角频率约等于主极点频率：-3dB频率反相器例.下图所示电路假设M1和M2都工作在饱和区，求

8、需要加多大的偏置电压VGG可使流过M1