5. MOSFET zirkuitu integratuak
GAUR EGUNGO - 5. MOSFET Zirkuitu Integratuak
AURREKOA- EZAZU. FET anplifikadorearen konfigurazioak eta alborapena
MOSFET zirkuitu integratuak
MOSFET transistoreak zirkuitu integratu baten barruan fabrikatzen direnean, gogoeta praktikoak bi aldaketa garrantzitsu behar dituzte zirkuituaren konfigurazioetan. Lehenengo, anplifikadore diskretuetan erabilitako akoplamendu handiak eta saiheskailu handiak ezin dira ia zirkuitu integratuetan fabrikatu tamaina txikiaren ondorioz. Zuzeneko akoplamaktoreen fabrikazioko akats hau inguratzen dugu.
Bigarren aldaketa garrantzitsuena ezin dugu erraz egin beharrik egin biasa zirkuituaren parte gisa erabiltzen diren erresistentziak. Horren ordez, MOS transistoreen karga aktiboak eta korronte iturriak erabiltzen ditugu.
Zirkuitu integratuek NMOS eta PMOS zirkuituak erabiltzen dituzte. CMOS ohikoagoa da zirkuitu digitaletan, berriz, NMOS normalean dentsitate altuko ICentzako erabiltzen da (hau da, txip bakoitzeko funtzio gehiago).
Karga aktiboak simulatzea aprobetxatzen du MOS ezaugarrien kurben malda. 23 irudian bi karga aktibo mota erakusten dira. 23 irudian (a) irudian, NMOS hobekuntza karga erakusten dugu, 23 (b) berriz, NMOS agortzeko karga erakusten du. Irudian ere agertzen dira ezaugarri garrantzitsuak diren kurbak.
23 irudia - Karga aktiboak
NMOS hobekuntza kargetarako, tentsioaren eta korrontearen arteko erlazioa ematen du
(29)
Konfigurazio honen erresistentzia baliokidea 1 da.gm, non transkondukantziaren balioa alborakoan aplikatzen dena da.
NMOS agortzeko karga erresistentzia baliokidea dauka, honako ekuazioan emandako ezaugarriren maldak zehazten duena
(30)
MOSFET zirkuitu integratuen alborapena
Karga aktiboak simulatzeko bi teknika ditugunean, alborapen arazoari aurre egin ahal izango diogu. Zama karga aktiboa erabiltzen dugu karga erresistentziaren ordez zirkuitu konfigurazioetako batean. Hau aztertzeko teknika erakusteko, kontuan hartu NMOS anplifikadorea hobekuntza karga bat erabiliz, 24 irudian erakusten den moduan.
Transistorea etiketatua Q2 ordezkatuko du RD gure aurreko zirkuituetakoak. Eragiketa-puntu geldia zehazteko, 4. atalean, "FET anplifikadorearen konfigurazioak eta alboraketak" teknika berdinak erabiltzen ditugu erresistentziaren karga-lerroaren hobekuntza-kargaren ezaugarri grafikoa ordezkatuz. Hau da, FET transistorearen ezaugarrien aldi bereko konponbidea aurkitu behar dugu karga-lerroaren ekuazioarekin. Hori grafikoki egin dezakegu 25. irudian agertzen den moduan.
Kurben parametrikoak Q amplificadorearen kurben ezaugarriak dira1. Karga aktiboaren aurkako tentsioaren eta korrontearen ezaugarriak. Q2 23 irudiarenak dira. Irteerako tentsioa, vout, arteko aldea da VDD eta karga aktiboaren tentsioa. Karga aktiboaren korrontea anplifikadorearen anplifikadorearen drainatze-korrontearen berdina da. Karga lerroa eraikitzen dugu, beraz, 23 irudiaren ezaugarri ispilu desplazatuarekin hartuz. Eragiketen puntua kurba horren elkargunea da, dagokion transistorearen ezaugarri kurba batera. Atea-iturbururako tentsioa aurkitu behar dugu, zein transistoren kurba aukeratu behar den jakiteko. Hurrengoan ikusiko dugun moduan, sarrerako alborapenaren tentsioa korronte aktibo iturriaren bidez ordezkatzen da sarritan.
25 irudia - Q-puntuaren konponbide grafikoa
Karga aktiboa nola simulatzen dugun ezagutzen dugunez, arreta erreferentziako korrontea sortzeko sarrera ematen dugu sarrerako alborapen zirkuituaren zati gisa erabiltzeko. Egungo iturri hauek modu berean erabiltzen dira BJT anplifikadoreen aldaerarako.
26 irudia - Uneko ispilua
MOSFET aztertzen dugu egungo ispilua. Uneko ispilu bat erakusten da 26 irudian. Bi transistoreek guztiz parekatuta daude. Irteerako korrontea zurrunaren korrontea da Q2, eta erreferentzia uneko unitateak Q1. Transistoreak primeran egokitzen badira, irteerako korrontea erreferentziako korrontearen berdina izango da. Hori egia da transistoreak paraleloan konektatzen baitira. BJT korronte ispiluarekin gertatu zen bezala, erreferentzia korrontea erreferentzia erresistentzia baten bidez erreferentzia tentsioa aplikatuta sor daiteke, 26 (b) irudian erakusten den moduan.
Zenbait zirkuitu elkarrekin jartzea (hau da, karga aktiboa eta erreferentzia unekoa), 27 irudiaren CMOS anplifikadorea lortzen da.
Amplificadorearen irabazia, hau da
(31)
27 - CMOS anplifikadorearen irudia
5.2 Gorputz-efektua
“2. Atalari buruzko eztabaida. Metal-oxido erdieroale FET (MOSFET) "MOSFETeko substratuari (edo gorputzari) egiten zaio erreferentzia. Substratu honek eginkizun garrantzitsua betetzen du kanala ezartzean. MOSFET diskretuen funtzionamenduan, gorputza energia iturrira konektatu ohi da. Halakoetan, substratuak ez du eragin zuzenik gailuaren funtzionamenduan, eta kapitulu honetan lehenago garatutako kurbak aplikatzen dira.
Egoera aldatu egiten da MOSFET zirkuitu integratuen parte gisa fabrikatzen denean. Kasu horietan, banakako transistore bakoitzaren substratua ez da beste substratuetatik isolatuta. Hain zuzen ere, substratu bat txip batean MOSFET guztien artean partekatzen da. PMOS IC batean, partekatutako substratua iturburu terminal positiboarekin konektatuta egongo litzateke, berriz, NMOS-en behekoarekin konektatuta dago (edo dagoeneko hornidura negatiboa bada). Honek alderantzizko alborapena transistore bakoitzaren iturriaren eta gorputzaren artean ezartzen du. Alderantzizko alborapen honen eragina funtzionamendu-ezaugarriak aldatzea da. Adibidez, n-kanal gailua, atalase eraginkortasunez altxatzen du (VT). Atalaseak aldatzen duen zenbatekoa parametro fisikoen eta gailuaren eraikuntzaren araberakoa da. NMOSentzat, aldaketa hau gutxi gorabeherakoa izan daiteke
(32)
Ekuazioan (32), γ 0.3 eta 1 (V) -ren artean aldatzen den gailuaren parametroa da.-1/2). VSB da iturritik gorputzera tentsioa, eta da Fermi potentziala. Materialaren jabetza da, eta balio tipikoa X silizioa da.