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亚阈值

关于弱反型与匹配

对于弱反型（weak inversion）或者说是亚阈值区（Sub-threshold）的 MOS 器件的匹配问题，很容易产生的一个想法就是由于电流和阈值的指数关系，器件的 matching (匹配)会变差。实际上，这种想法并不全然正确，这一问题在 ’Analog-Design-Essential‘ 书中亦有分析，这里简单叙述一下：

首先如下面的基本电流镜电路，考虑阈值 Vth 的 mismatch 由经由 MOS 管的跨导 gm 变为 Iout 的 mismatch，同时 uCox/2（也即K‘）和宽长比的 mismatch 直接影响输出电流，可以容易推出其输出电流 Iout 的 mismatch 为：

ΔIout/Iout=ΔVth*(gm/Id)+ΔK‘/K’+Δ(W/L)/(W/L)
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关于 MOSFET 工作于弱反型/亚阈值的问题

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：

image ，image

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。

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