之前简单列了下关于集成电路中器件噪声的基本内容,这里来说一下关于反馈对噪声的影响
基本的二端口网络的噪声
通常的二端口网络的噪声可以如下图所示的等效到输入(注意噪声电压、电流源的相关性)
上面的等效输入噪声电压和噪声电流可以通过将输入短路或断路的方法来计算
- 短路时,噪声电流不再流入端口内,输出的噪声只来源于输入噪声电压源
- 断路时,噪声电压不起作用,输出的噪声之来源于输入噪声电流源
之前简单列了下关于集成电路中器件噪声的基本内容,这里来说一下关于反馈对噪声的影响
通常的二端口网络的噪声可以如下图所示的等效到输入(注意噪声电压、电流源的相关性)
上面的等效输入噪声电压和噪声电流可以通过将输入短路或断路的方法来计算
继续关于模拟集成电路基础知识的小结,这里简单的总结一下关于集成电路中器件的噪声问题:
热噪声 (Thermal Noise),也叫 Johnson Noise 或 Nyquist Noise,存在于电阻或元件的阻性部分,主要来源于导电材料中自由电子的热运动(布朗运动)。Thermal Noise 与温度成正比,与所加的偏置电压大小无关(通常电场能量施加于自由电子的大小对比于热能量可以忽略)。
注意:理想的电抗元件(电感,电容)是不产生噪声的,假想的电阻(如 MOS 管的输出交流小信号等效电阻)也不产生噪声。
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关于 MOSFET 中的寄生电容,我们可以从下面 MOSFET 的剖面图中得到直观的理解:
在集成电路的设计中,常需要考虑电路中各元件的匹配(mismatch)问题,特别在 foundry 的 model 没有提供统计参数来做 monte-carlo 分析时,需要设计人员利用 foundry 的文档中的参数对集成电路中器件的随机失配做一些估计,因此有必要了解一些器件匹配的统计模型。这里对这一问题简单来小结一下。
关于集成电路中器件的随机失配,可以用一简单的模型来加以描述:
其中,A 为器件随机失配的参数,通常在设计手册中给出;B 为测试带来的失调,通常可认为为零; W 和 L 为器件的宽长(um单位); S 为对器件间距的敏感参数; D 为两器件的间距。
还是继续 Analog IC Design 基础知识的总结,下面来谈谈 MOS 管在小尺寸下的效应,这里主要是小尺寸下的高电场(包括垂直和水平电场)引起的问题,包括迁移率退化,热载流子以及 DIBL 等问题。
随着 MOSFET 的栅氧化层厚度的减小,垂直电场越来越强,会减小沟道中载流子的有效迁移率
具体的理解可以考虑:垂直电场使沟道中载流子靠近表面,表面的缺陷会阻碍载流子由源到漏的移动,从而减小迁移率
这里把 MOS 管工作于弱反型或亚阈值区时的一些问题和特性小结一下:
当 MOSFET 的 Vgs 接近其阈值电压 Vth 时,MOS 管工作在弱反型(或亚阈值区),在结构上类似于两个背靠背的二极管相连。这样我们分析时,可将其看成横向的 BJT 的结构,与一般的 BJT 不同的是,这里的基极电压是栅电压在栅电容和耗尽层电容之间的分压。
通过这样的分析方法,可以得到 MOSFET 工作于亚阈值区时的电流方程:
注意当 VDS>3*Vt 时,上式中的最后项可近似为1,这样整个电流 Ids 可认为不受 Vds 影响,可以像工作于饱和区一样当成电流源。只是这里对 Vds 的要求不再是 Vds>Vgs-Vth , 而是一个恒定的值。