《半导体集成电路》考试题目及参考答案讲解学习

上，

V<

GS?VTH时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些漏源电流。甚至

DV当

GSV,ITH也并非是无限小，而是与

VGS呈现指数关系。这种效应称作“亚阈值

导电”。

V大于200mv左右时，这一效应可用公式为DSI＝DVGS,式中，?>1,是一

expI0?VT个非理想因子，我们也称器件工作在弱反型区。其特性曲线如图1.6所示. 5．画出图1.7中M1的

gm和

gmb随偏置电流I1的变化草图。

VddM1XI1解：

图 1.7

由式子

gm=

?VGS?ID=

?CnoxWL=

?Vm? = 2? Cox ?GSVTHnW LID知，

gm?I。而1gmb＝

?VBS?IDg?22??VSBF,当I1增加时，

VX减小，

VSB也

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减小，

gmb增大。变化草图如图1.8所示。

gm

gmb

I1 图 1.8

6. 假设图1.9中的M1被偏置到饱和区，计算电路的小信号电压增益。

VddI1VoutM1Vin

图1.9 解:

因为电流源I1引入的阻抗为无穷大，增益受M1的输出电阻限制：

AV=

?Vout?Vin ＝－

R?CoxDnWL?VGS?VTH?=－gmro 。这叫做晶体管的“本征增益”，这个量代表用

单个器件能得到的最大电压增益。在现代CMOS工艺条件下，短沟道器件的10～30之间。因此，我们通常假设1grmo大约在

gm??ro。

7．比较工作在线性区和饱和区的MOS为负载时的共源级的输出特性。

解：工作在深线性区的MOS器件的特性像电阻一样，因此可以用来做共源级的负载。这种

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电路使MOS管的栅压偏置在足够低的电平，保证管子在全部输出电压摆幅范围内工作在深线性区。这个电路的主要缺点源于增益对

?Cpox，Vb和

VTHP的依赖。因为

?Cpox和

VTHP随工艺和温度的变化而变化，而且产生一个精确的Vb会增加电路的复杂性。

工作在饱和区的MOS器件的栅极和漏级短接，这个MOS器件可以起到一个小信号电阻的作用，它的特点是当输入和输出电平发生变化，增益相对保持不变，这表明输入－输出特性呈线性。

但是工作在深线性区的MOS器件的MOS为负载时消耗的电压余度要小于工作在线性区的MOS为负载时的共源级电路，前者

Vout.max?VDD，而后者Vout.max?VDD－VTHP。

8．在图1.10（a）所示的源跟随器电路中，已知?WL?1=20/0.5，I1=200?A,

VTH0=0.6V,

2?=0.7V,

F?Cn=50?Aox/V2

和?=0.4V

12。

（c） 计算

Vin?1.2V时的Vout。

（d） 如果I1 用图1.10（b）中的M2来实现，求出维持M2工作在饱和区时?WL?2的最

小值。

VddI1VoutM1Vin

图1.10（a） 图1.10（b） 解：（a）对于M1来说，它的阈值电压与

Vout有关，我们做一个简单的迭代。因为

2I

=D12?CnoxWL?V? ?GSVTH75

所以有

?V?Vinout?VTH??22ID?W? ??nCox?L??1

我们先假设没有体效应时，体效应，计算新的

VTH?0.6V，代入上式中，得到 Vout＝0.153V。现在考虑到

VTH值为

V得到 即

TH?VTH0????2?F?VSB??2??? 其中VSB＝Vout F?VoutTH＝0.635V。要保持I1不变，

VTH比原来增加了35mv，则

Vout应比原来减小35mv，

V?0.118V。

（b）因为M2的源漏电压等于0.118V，所以只有当

?VGS?VTH?2?VDS 即

?VGS?VTH?2?0.118V 时，器件才处于饱和区。

=

由式子

ID12?CnoxWL?V? 知，当电流为200?A时，计算出?GSVTH2?WL?2?283/0.5 。

9．如图1.11所示，晶体管M1得到输入电压的变化△V，并按比例传送电流至50?的传输

线上。在图1.11（a）中，传输线的另一端接一个50?的电阻；在图1.11（b）中，传输线的另一端接一个共栅极。假设????0。计算在低频情况下，两种接法的增益

?Vout?Vin。

VddRdM1

图1.11（a）

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