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  • MOS管小信號模型詳解
    • 發(fā)布時間:2023-05-15 16:01:32
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    MOS管小信號模型詳解
    MOS管小信號模型
    小信號是指對偏置的影響非常小的信號,物理上就是MOS管的線性模型。
    數(shù)學(xué)上,MOS小信號模型實際就是一個泰勒展開的過程,找到一個偏置點(diǎn)對電壓電流關(guān)系求導(dǎo)數(shù),把高階部分去掉,留下線性部分。
    當(dāng)在加一個小正弦信號
    MOS管 小信號模型
    瞬態(tài)響應(yīng)為:
    MOS管 小信號模型
    信號傳遞過程為:
    MOS管 小信號模型
    小信號等效模型
    在飽和區(qū)時MOS管的漏極電流是柵源電壓的函數(shù),即為一個壓控電流源,電流值為,且由于柵源之間的低頻阻抗很高,因此可得到一個理想的MOS管的小信號模型,如圖所示。[對于小信號來說,不會變化的電壓相當(dāng)于地,即上端接地]
    MOS管 小信號模型
    實際的模擬集成電路中MOS管存在著二階效應(yīng),而由于溝道調(diào)制效應(yīng)等效于漏源之間的電阻;而襯底偏置效應(yīng)則體現(xiàn)為背柵效應(yīng),即可用漏源之間的等效壓控電流源表示,因此MOS管在飽和時的小信號等效模型。
    MOS管 小信號模型
    其中
    1)gm
    gm柵跨導(dǎo)為柵電壓對漏電流的控制能力
    MOS管 小信號模型
    gm的三種表達(dá)式:
    其中W/L、ID、VGS-VTH三者只有兩個獨(dú)立元素,可由任意兩個元素求出第三個元素
    MOS管 小信號模型
    2)gmb
    gmb:體現(xiàn)襯偏效應(yīng)對漏電流的控制作用
    MOS管 小信號模型
    γ為體效應(yīng)系數(shù)。在器件模型中,表面勢F=2FF和γ均由工廠提供。0.5um工藝中:對NMOS γ=0.4V1/2;對PMOS γ=-0.4V1/2
    MOS管 小信號模型
    3)VBS
    VBS為負(fù)電壓,相當(dāng)于界面與襯底之間加了一反向電壓,這使耗盡區(qū)變厚,同時也使源/漏區(qū)與襯底的PN結(jié)的空間電荷區(qū)均變寬,因為這兩個結(jié)的反向偏置電壓值為VBS。
    在這種條件下,要吸引源、漏區(qū)的電子來產(chǎn)生導(dǎo)電層就必須在柵極加更高的正電壓,即VTH變大了。該效應(yīng)也稱為“襯偏效應(yīng)”或 “背柵效應(yīng)”。
    4)ro
    MOS管輸出電阻ro的改變可以通過改變偏置電流(ID),或者改變W/L的方法實現(xiàn)。
    MOS管 小信號模型
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