CMOS模拟集成电路设计 吴金-东南大学【高清再制版】
传输计算控制存储输出
功能传输的水平怎么样
根据需求，以最小的代价，达到需求，最小代价实现最优结果
MOSFET做线性处理和非线性处理都可以，开关是非线性的，小信号放大是线性的
线性元件只能做线性处理，非线性原件可以做线性处理也可以非线性处理
两端口的线性元件不能放大
能放大，因为是两个回路，不在它里面，放大一定是三端口器件，PN结，有源，不能放大，因为两端口。
有源器件正常工作需要一个静态工作点。
最简单的无源器件电阻，线性电阻。欧姆定律，一般横坐标V纵坐标I,倒数是电阻。
方块电阻，方块数？方块电阻是固定的，设计方块数
通过电阻定义电流。电阻在电路里有什么用
改变电阻，改变电阻两端的电压，来改变电流，定义电流，电流偏置，在集成电路里是个比较好的方法。
电阻是已知的，先有I后有V，电流可变，限流。压降最大是电源电压，限流。通过测电压，测电流，电压偏置，（在IC不是太好）
提供静态工作点
电容，平板电容公式计算。单位面积电容，比容。上下极板公共面积。介质的介电常数
电容和电感，对偶性。电容值和电感值在变，非线性微分方程
大信号时域电容描述。
电容上的电压不能突变，变化率无穷大，电流无穷大。小电容，大电流充放电，电容上的电压变化快。（存储的是电荷或电压）
电感上的电流不能突变（存储的是电流）
小信号的拉普拉斯变换或者傅里叶变换
容抗
经过s变换，傅里叶变换，就把大信号的时域，变到小信号（线性变换）的s（频）域
高频下容抗趋于零，oumiga趋于无穷大，电容高频短路。低频，容抗无穷大，开路。
电容高频短路，直流开路。电感低频短路，高频开路
电容可以隔直，把直流工作点去掉，运放或环路里的频率补偿。
有源器件最基本的，PN结，二极管，组成MOS器件，BJT的基本单元，
空间电荷势垒区
不加电压动态平衡，电压为0电流为0，
与电阻不同PN结两个方向不对称
正偏
反向因为是少子，量很少扩散电流不大
PN结反偏，反向电流近似为0，二极管PN结截止，导通压降0.6-0.7V (600mV-700mV)之间正向导通
PN结电流是扩散电流（和浓度梯度有关），电阻电流是漂移电流（和电场有关）
漂移电流一定符合欧姆定律，扩散电流不符合欧姆定律。Vpn,Vt热电压，电子伏特，电子能量，和温度有关。T=0时没有能量，T高的时候电子能量比较大，电子没有电场杂乱无章的无序运动，形成噪声。平均电流0，每个瞬间不为零。低温好
正偏的时候1可以拿掉
系数定义为反向饱和电流
反向趋于零的时候。Ipn=-Iso。Iso很小
指数率比线性变化快
Iso和PN结的面积有关
2S电流是S的两倍，面积越大Iso越大。
集成电路里PN结不用时，在电路里不起作用时，一定要反偏。反向击穿特性做稳压源，钳位是利用正向导通特性（PN结正向导通电压）
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加电压过大会烧坏或击穿，pn结本身那个半导体是有电阻的。不是全部加在PN结上，电阻区会分压。在一定的电流变化范围内，PN结压降近似在导通电压附近
线性元件交流电阻和直流电阻相同
非线性元件阻抗和交流阻抗不同
由于非线性带来交直流分离
二极管交流阻抗远小于同一点的导通电阻
利用二极管交流阻抗小可以造成交流短路交流没有损耗直流有损耗
电容特性参数rc是用来干嘛的
物理机制，电压电流特性，应用，引入非线性，交直流参数分离
发射结，收集结（集电结）
基区宽度越小越好（Ib越小）
发射结要正偏，正向导通电压
给一个很小的Ib，就可以实现一个很大的Ic，
没有放大倍数，除了基区宽度太小，还有
(Vbe钳位变化不大)Vce比较小集电极正偏的时候
收集系数等于0不收集全变成Ib
Ie是PN结正向导通电流，Vbe恒定时，正向导通电流是恒定的
反偏收集变成正向阻挡，或是说收集系数 在按比例下降
Ic=0的那一点收集系数等于零
左：线性电阻区 右:饱和恒定源区
Vce换成Vds，Ice换成Ids求mos管IV特性
双极性晶体管BJT（第二个有源器件）
两个PN结相互作用，配合合理的工作条件工作方式
（第三个有源器件）（三端口器件，实际上有四个端口）
P型半导体上做一个n+再做一个栅，绝缘层，晶体
M（metal金属）O（二氧化硅绝缘层）S（半导体，下面的衬底）
MOS管指器件纵向物理结构，利用场效应，电场感应电荷，电荷在电场的作用下运动形成电流
MOSF(field)E（effect）T（管）场效应晶体管
场效应晶体管的含义，电场感应电荷形成沟道，沟道里面的载流子在电场的作用下漂移扩散，形成电流
一开始不加电压，没有场效应，栅压为0
源端和漏端结构上对称，物理上对称，但是在电路里是固定的，有特定定义
金属，绝缘物，衬底。→ 平板电容
电压越高，正电荷越多，电荷守恒，感应负电荷越多，导电性质发生变化，p型变n型
在表面形成了一个反型沟道相当于一个电阻，相当于一个n型半导体形成的扩散电阻
体内还是背靠背pn结，不通，只有表面感应出一层很薄的，电阻密度很高的一个反型层
形成Ids
G就相当于B，栅压，D相当于C，S相当于E
Vgs增大时，线性电阻变小，I变大
过渡区，逐渐偏移了线性规律
漏端压差小，感应电场弱，感应载流子少
Vs接地，Vd变大，Vds变大，漏端点位越高，压差越小，电荷越小
开启电压，阈值电压，相当于PN结的导通电压，反型层电子密度和p型半导体的空穴密度相同时
没有沟道，pn结耗尽层高阻，沟道是低阻
漏端pn结反偏
夹断之后，沟道电压降近似不变
反型层形状不变，沟道电阻近似不变
所以电流不变
电流的决定机制是由沟道电阻决定的，漏端耗尽层只是收集，是被动的
漏端（沟道）临界夹断点
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电阻线性区，过渡区，恒定源区电路设计，
设计结构，设计参数
Vce换成Vds，Vbe换成Vgs，双极曲线，mos管曲线
NMOS管开启电压，大于零，要加正电压才能感应负电荷，电子的反型构造
PMOS管小于零，加负电压感应正电荷，空穴的反型构造
为什么是Vgs-Vth？？？？
漏端临界沟道夹断
重点理解
为什么是偏大进入恒流源区啊
就是说为什么第一个式子是小于，为什么不是大于
上面的曲线比下面的Vgs大
线性电阻工作区，mos管相当于沟道电阻
临界点右端饱和恒定源区
G - Vth
D -
S
MOS管工作区划分
漏端PN结反偏
mos管在良好的彻底导通的情况下（通常接电路最高电压），是y轴
截至状态下是x轴
模拟电路和数字电路的工作方式不一样
除坐标轴之外，是模拟电路工作区域
可以做电阻，也可以做恒流源
在电路里，mos管大量用于制作恒流源
B是衬底（接电位），很多寄生的PN结
PMOS管是n型衬底，NMOS管是p型衬底
pn结不能通，所以衬底接低电位
（NMOS）p型衬底接低电位
（PMOS）n型衬底接高电位
使寄生pn结反偏，mos管是一个四端口器件（多一个衬底端口，很重要）
源端是提供载流子，漏端是收集载流子，载流子的运动方向一定是S到D
对n管来说，电流是D到S，实际载流子是S到D。
如图，左p管，右n管
反相器（导向器？）数字电路
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电流方向来定义源漏
数字电路里，不打箭头，衬底可画可不画
前面有小圈圈，证明低电平有效
pmos前面有圈圈，nmos没有
漂移电流，但也有有扩散电流。
在强反应条件下，扩散电流可以忽略
Vds=0的时候浓度差不多，扩散电流可以忽略
换句话说在某些场合公式不适用，只是在Vgs远远大于Vth的情况下适用，靠得很近的时候就不准了，因为忽略了扩散电流
IV特性，利用沟道感应电荷
C栅和衬底构成的平板电容v是加在平板电容两端的压差
Vds和沟道长度产生的电场和有关
感应电荷，电场漂移，所以是漂移电流。由于沟道不均匀，电位不一样，采用微分
Vx是衬底点的电位
