CMOS门电路
本文重点讲解CMOS门电路的MOS管主要参数,包括开启电压VT、直流输入电阻RGS、漏源击穿电压BVDS、栅源击穿电压BVGS、低频跨导gm、导通电阻RON、极间电容和低频噪声系数NF。
由单极型MOS管构成的门电路称为Mos门电路。MOS电路具有制造工艺简单、功耗低、集成度高、电源电压使用范围宽、抗干扰能力强等优点,特别适用于大规模集成电路。MOS门电路按所用MOS管的不同可分为三种类型:第一种是由PMOS管构成的PMOS门电路,其工作速度较低;第二种是由NMOS管构成的NMOS门电路,工作速度比PMOS电路要高,但比不上TTL电路;第三种是由PMOS管和NMOS管两种管子共同组成的互补型电路,称为CMOS电路,CMOS电路的优点突出,其静态功耗极低,抗干扰能力强,工作稳定可靠且开关速度也大大高于NMOS和PMOS电路,故得到了广泛应用。
MOS管主要参数
1、开启电压VT
·开启电压(又称阈值电压):使得源极S和漏极D之间开始形成导电沟道所需的栅极电压;
·标准的N沟道MOS管,VT约为3~6V;
·通过工艺上的改进,可以使MOS管的VT值降到2~3V。
2、直流输入电阻RGS
·即在栅源极之间加的电压与栅极电流之比
·这一特性有时以流过栅极的栅流表示
·MOS管的RGS可以很容易地超过1010Ω。
3、漏源击穿电压BVDS
·在VGS=0(增强型)的条件下,在增加漏源电压过程中使ID开始剧增时的VDS称为漏源击穿电压BVDS
·ID剧增的原因有下列两个方面:(1)漏极附近耗尽层的雪崩击穿,(2)漏源极间的穿通击穿。
·有些MOS管中,其沟道长度较短,不断增加VDS会使漏区的耗尽层一直扩展到源区,使沟道长度为零,即产生漏源间的穿通,穿通后,源区中的多数载流子,将直接受耗尽层电场的吸引,到达漏区,产生大的ID
4、栅源击穿电压BVGS
·在增加栅源电压过程中,使栅极电流IG由零开始剧增时的VGS,称为栅源击穿电压BVGS。
5、低频跨导gm
·在VDS为某一固定数值的条件下,漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压微变量之比称为跨导
·gm反映了栅源电压对漏极电流的控制能力
·是表征MOS管放大能力的一个重要参数
·一般在十分之几至几mA/V的范围内
6、导通电阻RON
·导通电阻RON说明了VDS对ID的影响,是漏极特性某一点切线的斜率的倒数
·在饱和区,ID几乎不随VDS改变,RON的数值很大,一般在几十千欧到几百千欧之间
·由于在数字电路中,MOS管导通时经常工作在VDS=0的状态下,所以这时的导通电阻RON可用原点的RON来近似
·对一般的MOS管而言,RON的数值在几百欧以内
7、极间电容
·三个电极之间都存在着极间电容:栅源电容CGS、栅漏电容CGD和漏源电容CDS
·CGS和CGD约为1~3pF
·CDS约在0.1~1pF之间
8、低频噪声系数NF
·噪声是由管子内部载流子运动的不规则性所引起的
·由于它的存在,就使一个放大器即便在没有信号输人时,在输出端也出现不规则的电压或电流变化
·噪声性能的大小通常用噪声系数NF来表示,它的单位为分贝(dB)
·这个数值越小,代表管子所产生的噪声越小
·低频噪声系数是在低频范围内测出的噪声系数
·场效应管的噪声系数约为几个分贝,它比双极性三极管的要小
开启电压VT、直流输入电阻RGS、漏源击穿电压BVDS、栅源击穿电压BVGS、低频跨导gm、导通电阻RON、极间电容和低频噪声系数NF这些都是CMOS门电路的主要参数。
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