5. MOSFET Integrated Circuits
CURRENT - 5. MOSFET Pinagsama-samang Circuits
PREVIOUS- 4. Configurations ng FET Amplifier at Biasing
MOSFET Integrated Circuits
Kapag ang MOSFET transistors ay gawa bilang bahagi ng isang nakapaloob na circuit, ang mga praktikal na pagsasaalang-alang ay nangangailangan ng dalawang malaking pagbabago sa mga pagsasaayos ng circuit. Una, ang mga malalaking pagkabit at mga bypass capacitor na ginamit sa mga discrete amplifiers ay hindi maaaring halos gawa-gawa sa mga integrated circuits dahil sa maliit na sukat. Nakakakuha kami sa paligid ng kakulangan na ito sa pamamagitan ng fabricating direct-kaisa amplifiers.
Ang ikalawang malaking pagbabago ay hindi madali nating gawin ang mga resistors na ginamit bilang bahagi ng bias circuitry. Sa halip, ginagamit namin ang mga aktibong naglo-load at kasalukuyang mga mapagkukunan na binubuo ng MOS transistors.
Integrated circuits ay gumagamit ng parehong NMOS at PMOS circuitry. Ang CMOS ay mas karaniwan sa digital circuitry, habang ang NMOS ay kadalasang ginagamit para sa mas mataas na densidad ng ICS (ibig sabihin, higit pang mga function sa bawat chip).
Ang simulating aktibong mga naglo-load ay tumatagal ng bentahe ng slope ng MOS characteristic curves. Ipinapakita ng Figure 23 ang dalawang uri ng mga aktibong naglo-load. Sa Figure 23 (a), nagpapakita kami ng pag-load ng NMOS enhancement, habang ang 23 (b) ay nagpapakita ng isang load ng NMOS na pag-ubos. Ipinapakita rin sa pigura ang mga may-katuturang mga curve ng katangian.
Figure 23 - Aktibong mga naglo-load
Para sa pagkarga ng NMOS enhancement, ang relasyon sa pagitan ng boltahe at kasalukuyang ay ibinibigay ng
(29)
Ang katumbas na pagtutol ng pagsasaayos na ito ay 1 /gm, kung saan ang halaga ng transconductance ay yaong nalalapat sa bias point.
Ang pag-ubos ng NMOS ay may katumbas na pagtutol na tinutukoy ng slope ng katangian na ibinigay ng mga sumusunod na equation
(30)
5.1 Biasing ng MOSFET Integrated Circuits
Ngayon na mayroon kami ng dalawang mga diskarte upang gayahin ang aktibong mga naglo-load, maaari naming tugunan ang biasing na isyu. Ginagamit namin ang aktibong load sa lugar ng paglaban ng load sa alinman sa mga pagsasaayos ng circuit. Upang ipakita ang pamamaraan para sa pagsusuri ng mga ito, ipaalam sa amin isaalang-alang ang NMOS amplifier gamit ang isang pagtaas ng pagpapahusay, tulad ng ipinapakita sa Figure 24.
Ang transistor na may label na Q2 pumapalit RD ng aming naunang circuitry. Upang matukoy ang quiescent operating point, gumagamit kami ng parehong mga diskarte tulad ng ginawa namin sa Seksyon 4, "FET Amplifier configurations and biasing" na papalit lamang sa katangian ng pag-load ng pagpapahusay ng graphic na katangian para sa linya ng resistor load. Iyon ay, kailangan nating hanapin ang sabay-sabay na solusyon ng mga katangian ng FET transistor na may equation para sa linya ng pag-load. Maaari natin itong gawin nang grapiko tulad ng ipinakita sa Larawan 25.
Ang parametric curves ay ang katangian curves para sa amplifying transistor, Q1. Ang boltahe kumpara sa kasalukuyang katangian ng aktibong pag-load, Q2 ang mga nasa Figure 23. Ang output boltahe, vPalabas, ang pagkakaiba sa pagitan VDD at ang boltahe sa aktibong pag-load. Ang kasalukuyang nasa aktibong pagkarga ay pareho ng kasalukuyang pag-ilalabas sa pagpapalawak ng transistor. Samakatuwid namin ang construct ang load line sa pamamagitan ng paglipat ng shift mirror na imahe ng katangian ng Figure 23. Ang operating point ay ang intersection ng curve na ito gamit ang naaangkop na curve ng katangian ng transistor. Kailangan nating hanapin ang gate-to-source boltahe upang malaman kung aling transistor curve ang pipiliin. Tulad ng makikita namin sa tabi, ang boltahe ng input bias ay kadalasang pinalitan ng aktibong kasalukuyang pinagmulan.
Figure 25 - Graphical na solusyon para sa Q-point
Ngayon na alam namin kung paano gayahin ang isang aktibong load, turn namin ang aming pansin sa henerasyon ng isang kasalukuyang reference na gagamitin bilang bahagi ng input bias circuitry. Ang mga kasalukuyang pinagmumulan ay ginagamit sa magkano ang parehong paraan na ginamit namin ang mga ito para sa BJT biasing amplifier.
Figure 26 - Kasalukuyang salamin
Sinusuri namin ang MOSFET kasalukuyang mirror. Ang isang kasalukuyang mirror ay ipinapakita sa Figure 26. Ang dalawang transistors ay ipinapalagay na lubos na naitugma. Ang kasalukuyang output ay ang alisan ng kasalukuyang ng Q2, at isang reference kasalukuyang drive Q1. Kung ang mga transistors ay perpektong naitugma, ang kasalukuyang output ay eksaktong katumbas ng kasalukuyang sanggunian. Ito ay totoo dahil ang mga transistors ay konektado sa kahanay. Tulad ng kaso sa kasalukuyang salamin ng BJT, ang kasalukuyang sanggunian ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng paglalapat ng isang boltahe ng sanggunian sa isang sanggunian na paglaban, tulad ng ipinakita sa Larawan 26 (b).
Ang paglalagay sa magkakaibang subcircuits na magkasama (ibig sabihin, ang aktibong pag-load at ang kasalukuyang reference) ay nagreresulta sa CMOS amplifier ng Figure 27.
Ang pakinabang ng amplifier na ito ay ibinigay ng
(31)
Figure 27 - CMOS amplifier
Epekto ng 5.2 ng Katawan
Ang aming talakayan sa Seksyon “2. Ang metal-oxide semiconductor FET (MOSFET) ”ay tumutukoy sa substrate (o katawan) ng MOSFET. Ang substrate na ito ay may mahalagang papel sa pagtataguyod ng channel. Sa pagpapatakbo ng mga discrete MOSFET, ang katawan ay madalas na konektado sa pinagmulan ng kuryente. Sa ganitong mga kaso, ang substrate ay walang direktang epekto sa pagpapatakbo ng aparato, at ang mga curve na binuo nang mas maaga sa kabanatang ito ay nalalapat.
Ang sitwasyon ay nagbabago kapag ang MOSFETs ay gawa-gawa bilang bahagi ng integrated circuits. Sa ganitong mga kaso, ang substrate ng bawat indibidwal na transistor ay hindi nakahiwalay sa iba pang mga substrates. Sa katunayan, ang isang substrate ay kadalasang ibinahagi sa lahat ng mga MOSFET sa isang maliit na tilad. Sa isang PMOS IC, ang ibinahaging substrate ay konektado sa pinaka-positibong source terminal, habang sa NMOS ito ay konektado sa lupa (o sa isang negatibong supply kung kasalukuyan). Nagtatatag ito ng isang reverse bias sa pagitan ng pinagmulan at katawan ng bawat transistor. Ang epekto ng reverse bias na ito ay upang baguhin ang mga katangian ng operating. Halimbawa, sa isang n-ang channel na aparato, epektibong itataas ang threshold (VT). Ang halaga kung saan ang mga pagbabago sa threshold ay nakasalalay sa mga pisikal na parameter at ang konstruksiyon ng aparato. Para sa NMOS, ang pagbabagong ito ay maaaring tinutukoy ng
(32)
Sa Equation (32), γ ay isang parameter ng aparato na nag-iiba sa pagitan ng tungkol sa 0.3 at 1 (V-1/2). VSB ay ang boltahe ng pinagmulan-sa-katawan, at ang Potensyal na Fermi. Ito ay isang ari-arian ng materyal, at ang karaniwang halaga ay 0.3 V para sa silikon.