圖文分析MOS管小信號模型-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-12-08
小信號是指對偏置的影響非常小的信號，物理上就是MOS管的線性模型。
數(shù)學(xué)上，MOS小信號模型實際就是一個泰勒展開的過程，找到一個偏置點對電壓電流關(guān)系求導(dǎo)數(shù)，把高階部分去掉，留下線性部分。
當(dāng)在加一個小正弦信號
瞬態(tài)響應(yīng)為：
信號傳遞過程為：
在飽和區(qū)時MOS管的漏極電流是柵源電壓的函數(shù),即為一個壓控電流源，電流值為，且由于柵源之間的低頻阻抗很高，因此可得到一個理想的MOS管的小信號模型，如圖所示。[對于小信號來說，不會變化的電壓相當(dāng)于地，即上端接地]
實際的模擬集成電路中MOS管存在著二階效應(yīng)，而由于溝道調(diào)制效應(yīng)等效于漏源之間的電阻;而襯底偏置效應(yīng)則體現(xiàn)為背柵效應(yīng)，即可用漏源之間的等效壓控電流源表示，因此MOS管在飽和時的小信號等效模型。
其中
1）gm
gm柵跨導(dǎo)為柵電壓對漏電流的控制能力
gm的三種表達(dá)式:
其中W/L、ID、VGS-VTH三者只有兩個獨立元素，可由任意兩個元素求出第三個元素
2）gmb
gmb：體現(xiàn)襯偏效應(yīng)對漏電流的控制作用
γ為體效應(yīng)系數(shù)。在器件模型中，表面勢F＝2FF和γ均由工廠提供。0.5um工藝中：對NMOS γ=0.4V1/2；對PMOS γ=-0.4V1/2
3）VBS
VBS為負(fù)電壓，相當(dāng)于界面與襯底之間加了一反向電壓，這使耗盡區(qū)變厚，同時也使源/漏區(qū)與襯底的PN結(jié)的空間電荷區(qū)均變寬，因為這兩個結(jié)的反向偏置電壓值為VBS。
在這種條件下，要吸引源、漏區(qū)的電子來產(chǎn)生導(dǎo)電層就必須在柵極加更高的正電壓，即VTH變大了。該效應(yīng)也稱為“襯偏效應(yīng)”或 “背柵效應(yīng)”。
4）ro
MOS管輸出電阻ro的改變可以通過改變偏置電流(ID)，或者改變W/L的方法實現(xiàn)。
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