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MOS 管 #1

Open phymo opened 2 years ago

phymo commented 2 years ago

MOS 基本概念

  1. 结构
  2. 与BJT 的区别
  3. 工作区
  4. 衬底电位： 与源漏的PN结反偏
  5. N阱：CMOS 电路中的 PMOS 做在N阱里面，与NMOS 互不影响
  6. 关键参数：VGS，VDS，VTH，ID
phymo commented 2 years ago

MOS 工作原理

  1. 耗尽层
  2. VTH：定义为表面电子浓度等于衬底多子浓度时的VG
  3. 体效应：VTH 与 VTH0 和 VSB 有关系(设计可以改变），VTH0工艺上与衬底浓度Nsub和栅氧层厚度Tox相关（设计不可以改变）
  4. 工作区：截止区，线性区 和 饱和区
    • 截止区： 0<Vgs<Vth 不足以形成沟道
    • 线性区(triode): Vgs>Vth, Vds<Vgs-Vth Id 随 Vds 增大而增大
    • 饱和区：Vgs>Vth, Vds>Vgs-Vth 沟道夹断，Id 基本不再随 Vds 变化
    • Vgs-Vth称为过驱动电压
  5. 漏极电流
    • 线性区 漏极电流公式推导， 深线性区-Vds 很小的时候，可以看作压控电阻（受过驱动电压控制）
    • 饱和区 漏极电流公式推导， 应用-恒流源，
    • 数字开关： 截止区和饱和区

      重要，Id公式， IV 特性曲线

  6. 跨导
    • Vgs 对 Id的控制能力，衡量MOS管的放大能力
    • 饱和区：三种计算公式及曲线， MOS管作为信号放大器的时候 一般工作在饱和区，因为gm更大
    • 放大区：
phymo commented 2 years ago

MOS管的二级效应

  1. 体效应：
    • 如何消除体效应： 源和衬底短接
    • PMOS为什么独占一个N阱：方便源衬底短接
    • 体效应害处：设计参量复杂化，如源随器 VTH会逐渐变大
    • 体效应应用： 通过改变衬底电压 改变阈值电压 从而改变漏极电流，设计低压电源电路
  2. 沟道长度调制效应 （重要）：
    • 来源：夹断导致 L' != L
    • 公式推算：Id 公式， gm公式 修正
    • 对IV特性曲线的影响
    • 减少沟道长度调制效应：采用长沟道器件
  3. 亚阈值效应
    • 原因：低于阈值电压的时候 也会有少量漏电流
    • 带来的问题：功耗，存储信息丢失
phymo commented 2 years ago

MOS管的小信号模型

  1. 大信号 vs 小信号：相对于偏置工作点的大小，是否会影响偏置工作点
  2. 小信号假设条件： vgs << 2(VGS-VTH) 小于1/10
  3. i = gm * vgs 不考虑沟道长度调制
  4. 考虑沟道长度调制效应（重点）：输出阻抗ro, 本征增益A
  5. 输出阻抗： ro 正比与L平方
  6. 再考虑体效应后的小信号模型：gmb 体效应带来的跨导
  7. 完整小信号模型： 考虑电容的小信号模型