Chapter 1 Comparison of MOS and Bipolar transistor models

MOS管作为电阻

Vds<<Vgs-Vth, Ron可由下式表示

增加Vbs会增加耗尽层厚度, 因此增加Vth. 所以为了减小Vth, 有时需要hot well即body source接到一起.

MOS管作为放大器

Id和Vgs-Vth满足平方律.

MOS 跨导gm的表达式

MOS 输出ro的表达式

ro和电流成反比, 和Lengh L成正比

为了得到高增益, Vgs-Vth需要小, (0.2V), L需要大.

为了表示Rds, 可用Ve*L/Ids

注意衬偏效应, 即Vbs上有电压, 会额外引入gmb=gm*(n-1), 注意gmbs和gm电流相反, 一般是Vs>Vb, Vbs为负值. 需要额外注意防止body和source PN节导通.

当Vgs接近Vth, 进入亚阈值区即弱反型(weak inversion). 电流Ids和Vgs成指数关系. 在相同Id下, 亚阈值区的gm较大.

si: strong inversion. 强反型阶段

vs: velocity saturation: 速度饱和

强反型 vs 弱反型总结如下

相同电流下, BJT的gm差不多是MOS的4倍. 因此BJT更适合小功率场景使用.

在velocity saturation区域即速度饱和, gm不随着Vgs增加而增加, 只是白白消耗Ids.

Ids=WCoxVsat(Vgs-Vt)

MOS管的Cgs和Cgd估算. L取最小, 大致按照Cgs=2*W

高速 vs 高增益, MOS管设计

MOS管饱和区的公式

BJT的电流和电压公式. Ice和Vbe呈指数关系.

BJT的小信号模型 gm和ro公式. BJT的gm/Ice达到40/V, 远大于MOS

MOS要处于饱和区, 需要Vds>Vgs-Vth. BJT处于饱和区, 只需要Vce>Vce,sat=几倍kT/q=4*26mV, 大约为0.1V. 因此BJT适用于Low Power Supply场景.

另外BJT的噪声大概是MOS的2/3 到 1/2, 因此BJT适合于低噪声场景.