第6讲 MOS管的模拟设计

1、第6讲 MOS管的模拟设计模型NMOS管平方律方程satDSDSTHNGSsatDSDSTHNGSnDsatDSDSTHNGSDSDSTHNGSnDVVVVVVVVLWKPIVVVVVVVVLWKPI,2,2,)(1)(2,2)(NMOS管方程VDS,sat为线性区与饱和区的分界点电压为线性区与饱和区的分界点电压，“理论”值为VGS-VTHN。PMOS管方程satSDSDTHPSGsatSDSDTHPSGpDsatSDSDTHPSGSDSDTHPSGpDVVVVVVVVLWKPIVVVVVVVVLWKPI,2,2,)(1)(2,2)(本书中PMOS管的阈值电压VTHP用正数表示。VDS,sat

2、的“理论”值为VSG-VTHP。PMOS方程记忆规律oxnnCKP（1）将电压下标字母互换，GS改为SG，DS改为SD。（2）将表示类型的n都改为p。oxppCKP跨导参数平方律方程的精度o 对长沟道（L1um)的MOS管基本准确。o 对0.18um-1um的工艺，当L2Lmin时方程的形式可用形式可用，但VDS,sat需修正，实际的 VDS,sat小于VGS-VTHN。研究MOS管L的影响的文件（保持W/L不变）o* MOS管的转移特性与L的关系o*-o.option search=d:/hspice2011/libso.lib st02.lib tto.param LX=0.5uo*-ov

3、ds nd gnd dc 5om1 nd ng gnd gnd mn w=10*LX l=LX m=1ovgs ng gnd dc 1.0 o.dc vgs 0 5 0.01 sweep LX 0.5u 3u 0.5uo.print i1(m1)o.endL取工艺最小值时，ID与VGS几乎为线性关系研究输出特性与L关系的文件o* MOS管的输出特性与L的关系o*-o.option search=d:/hspice2011/libso.lib st02.lib tto.param LX=0.5uo*-ovds nd gnd dc 5om1 nd ng gnd gnd mn w=10*LX l=L

4、X m=1ovgs ng gnd dc 1.0 o.dc vds 0 5 0.01 sweep LX 0.5u 3u 0.5uo.print i1(m1)o.endL=Lmin时，输出特性不好重要结论o 模拟设计中，MOS管的L要大于2倍的工艺允许最小值Lmin，一般取35倍Lmin。观察饱和电压* MOS管的输出特性与L的关系*-.option search=d:/hspice2011/libs.lib st02.lib tt.param LX=1.5u*-vds nd gnd dc 5m1 nd ng gnd gnd mn w=10*LX l=LX m=1vgs ng gnd dc 1.0

5、 .dc vds 0 5 0.01 vgs 0 5 1.print i1(m1).endVDS,sat小于VGS-VTHN模拟设计模型手工计算方法2,)(2THNGSnsatDVVLWKPI)(1,satDSDSsatDDVVIIsatDIk,饱和区曲线斜率为过驱动电压o 定义过驱动电压o 过驱动电压一般取0.2-0.5Vo 输出电阻THNGSovVVVsatDoIr,1手算参数获取o 现在的SPICE模型不直接提供以上参数，需要从实验曲线中提取。o 这些公式主要用于定性分析。小信号模型o 相当于模拟电子技术中的“微变等效电路”，是输入”变化量”与输出”变化量”的关系。o “变化量”指随时间变

6、化的电压或电流,即信号.o 小信号模型(微变等效电路)不是真正的电路,而是用电路符号描述的输入输出”信号”之间的数学关系.静态量,总量和变化量小写字母大写下标表示总量，大写字母大写下标表示静态值，小写字母小写下标表示变化量。问题:为什么总用正弦波研究信号?理解三者的关系DDdiIiGSGSgsvVvvgs应理解为vgs(t),ids应理解为ids(t).用正弦波研究信号是因为任何波形的信号都可以理解为各种频率的正弦波之和.三者之间的关系总量等于静态量加变化量.大信号之间和小信号之间计算关系不同2,()1()2nDGSTHNDSDS satKP WivVvVLdmgsigv2,()1()2nDG

7、STHNDSDS satKP WIVVVVL大信号按平方律考虑小信号按线性关系近似小信号模型参数o 小信号跨导gm.物理意义：输入转移特性曲线在工作点处的斜率变化量(信号)之间的线性关系只有在信号幅度较小时才近似成立,因此称为小信号模型.在工作点处求导)1 ()(22DSTHNGSnDVVvLWKPiGSGSDDGSDmVvIivigDnmIg2gm是静态漏极电流的函数,因此做小信号分析之前必须先进行静态计算.ID是静态工作点的重要标志,设计电路时一般先确定ID.VBS=0时的小信号模型DoIr1注意：工作点电流ID对gm和ro都有影响.增加ID会使gm增加,对提高放大倍数似乎有利,但ID增加会减小ro对提高放大倍数