5. MOSFET integriniai grandynai

MOSFET integriniai grandynai

Kai MOSFET tranzistoriai yra pagaminti kaip integruoto grandyno dalis, praktiniai sumetimai reikalauja dviejų pagrindinių grandinės konfigūracijų pakeitimų. Pirma, dideli sukabinimo ir aplinkkelio kondensatoriai, naudojami diskrečiuose stiprintuvuose, dėl mažo dydžio praktiškai negali būti pagaminti integriniuose grandynuose. Šį trūkumą pasiekiame gamindami tiesiogiai sujungtus stiprintuvus.

Antras svarbus pokytis yra tas, kad negalime lengvai pagaminti rezistorių, naudojamų kaip šališkumo grandinės dalis. Vietoj to mes naudojame aktyvias apkrovas ir esamus šaltinius, sudarytus iš MOS tranzistorių.

Integruotos grandinės naudoja tiek NMOS, tiek PMOS grandines. CMOS dažniau pasitaiko skaitmeninėse grandinėse, o NMOS dažniausiai naudojamas didesnio tankio IC (ty daugiau funkcijų vienoje lustoje).

Aktyvių apkrovų imitavimas naudoja MOS charakteristikų kreivių nuolydį. 23 paveiksle rodomos dviejų tipų aktyvios apkrovos. 23 (a) paveiksle parodoma NMOS patobulinimo apkrova, o 23 (b) rodo NMOS išeikvojimo apkrovą. Taip pat parodyta paveikslėlyje yra atitinkamos charakteristikos kreivės.

23 pav. - Aktyvios apkrovos

Dėl NMOS patobulinimo apkrovos įtampos ir srovės santykis nustatomas pagal


(29)

Šios konfigūracijos ekvivalentinis atsparumas yra 1 /gm, kai transconductance vertė yra ta, kuri taikoma šališkumo taške.

NMOS išeikvojimo apkrova turi lygiavertį pasipriešinimą, kurį lemia šios lygtys suteiktos charakteristikos nuolydis


(30)

5.1 MOSFET integrinių grandynų poslinkis

Dabar, kai turime du metodus, kuriais galima imituoti aktyvias apkrovas, mes galime spręsti šališkumo problemą. Bet kurioje grandinės konfigūracijoje vietoj apkrovos atsparumo naudojame aktyvią apkrovą. Norėdami parodyti šių metodų analizę, pagalvokime NMOS stiprintuvą naudodami patobulinimo apkrovą, kaip parodyta 24 paveiksle.

Pažymėtas tranzistorius Q2 pakeičia RD mūsų ankstesnių schemų. Norint nustatyti ramybės būseną, mes naudojame tuos pačius metodus, kuriuos darėme 4 skyriuje „FET stiprintuvo konfigūracijos ir šališkumas“, o rezistoriaus apkrovos linijai tik pakeisdami grafinę sustiprinimo apkrovą. Tai yra, mes turime rasti FET tranzistoriaus charakteristikų sprendimą kartu su apkrovos linijos lygtimi. Tai galime padaryti grafiškai, kaip parodyta 25 paveiksle.

Parametrinės kreivės yra charakteristinės kreivės stiprinančiam tranzistoriui Q1. Aktyvios apkrovos įtampa ir srovės charakteristika, Q2 23. Išėjimo įtampa, v , yra skirtumas tarp VDD ir įtampa per aktyviąją apkrovą. Aktyvios apkrovos srovė yra tokia pati, kaip ir išleidimo srovė stiprinančiame tranzistore. Todėl statome apkrovos liniją perimant 23 brėžinio charakteristikos poslinkį. Veikimo taškas yra šios kreivės susikirtimas su atitinkama tranzistorių charakteristika. Turime rasti įtampą nuo vartų iki šaltinio, kad žinotume, kurią tranzistorių kreivę pasirinkti. Kaip matysime toliau, įvesties poslinkio įtampa dažnai pakeičiama aktyviu srovės šaltiniu.

Grafinis Q taško sprendimas

25 pav. - Grafinis Q taško sprendimas

Dabar, kai žinome, kaip imituoti aktyvią apkrovą, atkreipiame dėmesį į etaloninės srovės generavimą, kuris bus naudojamas kaip įvesties poslinkio grandinės dalis. Šie dabartiniai šaltiniai yra naudojami tokiu pačiu būdu, kaip juos naudojome BJT stiprintuvo poslinkiui.

26 pav. - Srovės veidrodis

Mes analizuojame MOSFET Dabartinis veidrodis. Dabartinis veidrodis rodomas 26 paveiksle. Manoma, kad du tranzistoriai puikiai suderinti. Išėjimo srovė yra išleidimo srovė Q2ir atskaitos srovės pavaros Q1. Jei tranzistoriai yra visiškai suderinti, išėjimo srovė bus tiksliai lygi atskaitos srovei. Tai tiesa, nes tranzistoriai yra sujungti lygiagrečiai. Kaip ir BJT srovės veidrodžio atveju, etaloninę srovę galima generuoti taikant etaloninę įtampą per atskaitos varžą, kaip parodyta 26 paveiksle (b).

Įvairių pogrupių sujungimas (ty aktyvi apkrova ir atskaitos srovė) lemia 27 paveikslo CMOS stiprintuvą.

Šio stiprintuvo naudą suteikia


(31)

CMOS stiprintuvas

27 - CMOS stiprintuvas

5.2 kūno efektas

Mūsų diskusija skyriuje „2. Metalo oksido puslaidininkiniai FET (MOSFET) “nurodė MOSFET pagrindą (arba korpusą). Šis substratas vaidina svarbų vaidmenį nustatant kanalą. Veikiant atskiriems MOSFET, kūnas dažnai yra prijungtas prie maitinimo šaltinio. Tokiais atvejais pagrindas neturi tiesioginio poveikio prietaiso veikimui, todėl taikomos anksčiau šiame skyriuje sukurtos kreivės.

Padėtis pasikeičia, kai MOSFET yra pagaminti kaip integrinių grandinių dalis. Tokiais atvejais kiekvieno atskiro tranzistoriaus substratas nėra izoliuotas nuo kitų substratų. Iš tiesų, substratas dažnai dalijamasi tarp visų lustų MOSFET. PMOS IC, bendrasis substratas būtų prijungtas prie labiausiai teigiamo šaltinio terminalo, o NMOS jis yra prijungtas prie žemės (arba neigiamo tiekimo, jei toks yra). Tai sukuria atvirkštinį šališkumą tarp kiekvieno tranzistoriaus šaltinio ir kūno. Šio atvirkštinio poslinkio poveikis yra pakeisti veikimo charakteristikas. Pavyzdžiui, nkanalo įrenginys, jis veiksmingai padidina slenkstį (VT). Suma, kuria slenkstiniai pokyčiai priklauso, priklauso nuo fizinių parametrų ir įrenginio konstrukcijos. NMOS atveju šis pakeitimas gali būti suderintas su


(32)

Lygtyje (32) γ yra prietaiso parametras, kuris svyruoja tarp 0.3 ir 1 (V-1 / 2). VSB yra šaltinio kūno įtampa ir yra Fermio potencialas. Tai yra medžiagos savybė, o tipinė vertė yra 0.3 V siliciui.