第3章_CMOS器件模型详解.ppt

３.１　MOS管大信号模型 跨导特性 例题 大信号模型的应用 ３.２ MOS管小信号模型 信号摆幅与偏置相比很小，对MOS管的直流工作点的影响可忽略； 需要确定直流工作点 使用小信号等效电路进行分析 突出主要的设计参数对性能的影响 Mos管设计考虑 求解过程 亚阈值效应的应用 模拟电路的低压低功耗 数字电路的泄漏电流 ＣＭＯＳ器件性能参数计算 目的 通过计算机仿真得到ＣＭＯＳ器件模型参数 参数抽取过程： 1.) Extract the square-law model parameters for a transistor with length at least 10times Lmin. 2.) Using the values of K’, VT , 　, and 　 extract the model parameters for the model  简单MOS管的特性 ? 饱和区:假设 其中 模型参数的抽取过程 关系曲线 K’和 VT 的计算   习题 试确定γ值以及NSUB值． 本章小结 大信号模型 小信号模型 主要参数 仿真模型 亚阈值效应 0.35um主要参数 讨论 ＭＯＳ管的设计参数有几个，对ＭＯＳ管的性能有何影响？ 如何提高MOS管的性能？ 例题:求完整的NMOS管的小信号模型 主要公式(掌握) 主要公式(续) 　３.３ 计算机仿真模型 ＳＰＩＣＥ　ＬＥＶＥＬ 1 ＳＰＩＣＥ　ＬＥＶＥＬ 2 ＳＰＩＣＥ　ＬＥＶＥＬ 3 ＢＳＩＭ３Ｖ３（深亚微米）ＬＥＶＥＬ 49 Berkeley Short-Channel IGFET Model 模型参数变化 尺寸缩小考虑因素 短／窄沟道效应 热载流子效应 漏感应势垒降低效应 载流子速度饱和效应 MOS的Spice模型参数 目前许多数模混合计算机仿真软件的内核都是Spice。 　　 计算机仿真(模拟)的精度很大程度上取决于器件模型参数的准确性和算法的科学先进性。了解Spice模型参数的含义对于正确设计集成电路十分重要。 MOS管Spice模型参数 　　仿真示例 仿真结果 工艺角 不同晶片不同批次 不同工艺线有经过验证的器件模型 典型条件 四个工艺角（SF，FS，SS，FS） 满足以上条件的电路才是合格的 保证产品的成品率 ３.４亚阈值电压区MOS模型 亚阈值效应又 称为弱反型效应 指数关系 平方关系 VON 亚阈值工作区 衬底没有反型 弱反型 强反型 亚阈值效应 亚阈值导通，而且ID与VGS呈指数关系： 其中ｎ1是一非理想的因子；ID0为特征电流： ，m为工艺因子，因此ID0与工艺有关；而VT称为热电压： 亚阈值效应 MOS管亚阈值效应 假设 先检查数据的线性度 ３.１?　MOS管大信号模型? ?３.２　 MOS管的小信号模型  ３.３ 　计算机仿真模型 ３.４　亚阈值电压区MOS模型 CMOS模型参数提取*　 主要内容 掌握有源器件 大信号等效模型 MOS管的寄生电容； 低频小信号等效模型和高频小信号等效模型； 了解MOS器件计算机仿真模型 了解亚阈值电压区MOS模型 MOS管大小信号模型关系 大信号模型（直流偏置） 小信号模型（交变信号） nmos管的大信号特性　 输出特性 大信号模型的推导思路 假设：１缓变沟道近似　２强反型近似 ３只考虑漂移电流近似 ４迁移率为常数近似 １、电流　Ｉ＝Ｑd＊vd ２ 、Ｑd＝ＷＣox（Ｖgs－Ｖ（y）－Ｖth） ３、　vd＝μＥ＝ μ［dＶ（y）／dy］ ４ 、 饱和特性 大信号ＭＯＳ管的工作区域 　ＮＭＯＳ管的电流方程 NMOS管在截止区、 线性区、 恒流区的电流方程 UGSUTHN (截止区) UDSUGS-UTHN(线性区) UDSUGS-UTHN(恒流区) 硅常数表 ０.８um工艺参数 1 低频小信号模型 根据以上分析， 一个衬底若不和源极短路， 则存在体效应。 同时考虑沟道调制效应和衬底调制效应(体效应)的低频小信号模型 MOS管交流小信号模型---低频 小信号是指对偏置的影响非常小的信号。由于在很多模拟电路中，MOS管被偏置在饱和区，所以主要推导出在饱和区的小信号模型。 几个重要的参数 跨导 输出电阻 增益 最高工作频率 饱和区MOS管的跨导gm 工作在饱和区的MOS管可等效为一压控电流源，故可用跨导gm来表示MOS管的电压转变电流的能力，跨导为漏源电压一定时，