2024年-MOS开关与传输门特性分析幻灯片

MOS开关与传输门特性分析15/13/2024

单开关电路输入信号输出信号25/13/2024MOS管的四种基本类型GSDN沟道耗尽型GSDN沟道增强型MOS（Mental–Oxide–Semiconductor）

金属

–氧化物

–半导体场效应管35/13/2024GSDP沟道增强型GSDP沟道耗尽型在数字电路中，多采用增强型。45/13/2024GSDN沟道增强型源极栅极漏极55/13/2024MOS管的结构和工作原理65/13/2024vGS=0时PNNGSDvGSvDSiD=0D、S间相当于两个背靠背的PN结不论D、S间有无电压，均无法导通，不能导电。75/13/2024PNNGSDVDSVGSvGS>0时vGS足够大时（vGS>VGS(th)），形成电场G—B,把衬底中的电子吸引到上表面，除复合外，剩余的电子在上表面形成了N型层（反型层）为D、S间的导通提供了通道。VGS(th)称为阈值电压(开启电压）源极与衬底接在一起N沟道可以通过改变vGS的大小来控制iD的大小。85/13/2024MOS管的输入、输出特性

对于共源极接法的电路，栅极和衬底之间被二氧化硅绝缘层隔离，所以栅极电流为零。输出特性曲线（漏极特性曲线）95/13/2024夹断区（截止区）用途：做无触点的、断开状态的电子开关。条件：整个沟道都夹断，源极和漏极之间没有导通沟道。

特点：105/13/2024可变电阻区特点:(1)当vGS

为定值时,iD

是

vDS

的线性函数，具有类似与线性电阻的性质，且其阻值受

vGS

控制。

（2）管压降vDS

很小。用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。条件：源端与漏端沟道都不夹断

115/13/2024恒流区：(又称饱和区或放大区）特点:(1)受控性：输入电压vGS控制输出电流(2)恒流性：输出电流iD

基本上不受输出电压vDS的影响。条件:(1)源端沟道未夹断

(2)漏端沟道予夹断用途:可做放大器和恒流源。125/13/2024MOS管开关等效电路

当vI=vGS<VGS(th)时，MOS管工作在截止区。漏极和源极之间的内阻非常大，D-S间相当于断开的开关，vO≈vDD.135/13/2024

当vI>VGS(th)且vI继续升高时，MOS管工作在可变电阻区。MOS管导通内阻RON很小，D-S间相当于闭合的开关,vO≈0。145/13/2024传输门输出特性

传输门（TG）的应用非常广泛，不仅可以作为基本单元电路构成各种逻辑电路，用于信号传输，而且在取样—保持电路、斩波电路、模数和数模转换电路中传输模拟信号，因而又称为模拟开关。155/13/2024CMOS传输门由一个P沟道和一个N沟道增强型的MOSFET并联而成，如下图所示。电路结构逻辑符号165/13/2024C和C'是一对互补的控制信号,设控制信号的高低电平分别为VDD和0V,那么当C=0时,只要输入信号的变化范围不超出0~VDD,则Vi=0V～VDDVGS1=0V～-VDD，T1始终截止；VGS2=VDD

～0V，T2始终截止。T1和T2同时截止，输入与输出之间呈高阻(>109

)，传输门截止。175/13/2024

当C端接+5V，C'端接0时，Vi在0~+3V的范围内，T1导通。Vi在0~+3V的范围内，T2导通。由此可知，当Vi在0~+5V之间变化时T1和T2至少一个是导通。VO=Vi，信号可以传输过来。

由于T1、T2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互换使用，因而CMOS传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可互易使用。185/13/2024

利用CMOS传输门和CMOS反相器可以组合成各种复杂的逻辑电路，如数据选择器、寄存器、计数器等等。

举例利用CMOS传输门和CMOS反相器构成异或门。195/13/2024ABTG1TG2

Y00通断001通断110断通111断通0205/13/2024双向模拟开关传输门的另一个重要用途是作模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号。这一点是无法用一般的逻辑门实现的。模拟开关的基本电路是由CMOS传输门和一个CMOS反向器组成的，如下图所示。和CMOS传输门一样，它也是双向器件。215/13/2024

假定接在输出端的电阻为RL,双向模拟开关的