MOS管的宽长比W/L该以什么顺序去调节

文章讨论了MOS管的宽长比对漏电流、饱和区调整、电路设计步骤以及在开关应用中的影响,强调了非线性关系和设计灵活性。

宽长比是MOS管的宽度和长度之比,宽长比越大,MOS管的漏电流Id越大,漏电流Id和宽长比成正比。一般先规定支路的电流Id,通过过驱动电压确定vgs,确定电路的W/L,通过vgs再调整vds的大小。

Allen在讲op的时候有讲op的设计思路,一般分为以下几个步骤:

1,选工艺,
2,分配电流
3,根据电源电压,分配vgs
4、vgs分配好的话,w/l也就知道了
5、静态工作点仿真,微调
6、ac仿真
7、trans仿真
8、psr,cmrr,dc-scan等杂七杂八的仿真

平时我们在调电路的时候,想将管子调到饱和区,不建议利用漏电流Id=f(W/L , Vgs-Vth)公式进行计算,因为id的公式只适用于L=4um的管子。建议使用gm/id的方式来设置宽长比,这样设置的漏电流仿真出来十分精确。

关于调节管子的顺序,通常没有一个从上到下,或者从下到上的顺序,建议可以从电流源节点的位置开始调。

一些业内顶尖的设计师曾经说:相同的指标让10个不同的设计师来设计,也许性能都可以满足指标的要求,但w/l通常不一样,这也许就是模拟电路设计的魅力所在,因为它没有标准答案

首先要关注用在什么地方,有什么样的性能指标,为什么需要这样的性能指标。

宽度w通常从gm/id、带宽bandwidth、增益gain三个方面考虑

长度L通常从失配mismatch、静态过驱动电压vdsat、电流精确度current accuracy、放大器输入失调op input offset、增益gain这几个方面考虑

具体通过增益Av确定宽长比,通过偏置电压确定偏置宽长比,根据压摆率、带宽进行折衷......多看好的论文自行体会。

在看论文的基础上,尝试着把电路用晶体管的方式实现出来,自己去设定每一个w/l,通过仿真验证,甚至流片来验证自己的设计是不是符合设计指标,及应用环境,如果结果是好的,那么恭喜所选择的w/l是没有问题的。

mos管的开关速度和宽长比的关系

当mos管用做开关时,宽长比越大,切换速度是越快还是越慢呢?

当开关管的宽长比从小变到大时,先是导通电阻主要影响切换速度,寄生电容影响不大。导通电阻随宽长比的增大而减小,切换速度也越来越快。

然后到了一个阈值后,导通电阻不随宽长比的增大而减小了,寄生电容开始影响切换速度,随着宽长比的增大寄生电容增大,切换速度就变慢了

### 调整MOSFET晶体管的宽度与长度比例 (W/L) 在设计过程中,MOSFET的宽长比(W/L)是一个重要的参数,它直接影响到器件的工作特性和性能。通过改变这个比率可以实现不同的电气特性,从而满足特定的应用需求。 #### 宽度(W)的影响 增加MOSFET的宽度会降低导通电阻(R<sub>DS(on)</sub>)并提高驱动能力,因为更宽的通道允许更多的载流子流动[^1]。这使得在同一栅极电压下能够支持更大的电流密度。对于功率应用而言,较大的宽度有助于减少功耗和发热问题。 #### 长度(L)的作用 减小沟道长度可以使阈值电压(Vth)下降,并且增强跨导(gm),即单位输入变化引起的输出电流的变化量。但是随着尺寸缩小至亚微米甚至纳米级别时会出现短沟效应等问题,导致非理想因素增多,比如漏致势垒降低(DIBL)[^2]。因此,在现代超深亚微米工艺节点上,精确控制沟道长度变得尤为重要。 #### 如何调整W/L 为了优化某个具体应用场景下的表现,可以通过以下方式来调整MOSFET的W/L: - **增大宽度**:适用于需要较高电流承载能力和较低导通损耗的情况; - **缩短长度**:适合追求高频响应速度或强增益的设计;需要注意的是过短可能会引发上述提到的各种负面效果。 - **综合考量**:实际操作中往往要权衡两者之间的关系,既保证良好的动态特性又兼顾静态工作点稳定等因素。 下面给出一段简单的Python代码用来计算不同W/L组合情况下的理论最大可承受电流IDmax(假设其他条件不变): ```python def calculate_id_max(w, l): """Calculate the theoretical maximum drain current based on W/L ratio.""" mu_n = 400e-4 # Electron mobility in silicon at room temperature [cm²/V·s] Cox = 3.9 * 8.854e-14 / 100 # Gate oxide capacitance per unit area[F/cm²] Vth = 0.7 # Threshold voltage[V] id_max = 0.5 * mu_n * Cox * w/l * ((2*(10-Vth)**2)) return id_max print(f"Theoretical max ID with W=1um and L=0.18um is {calculate_id_max(1e-6, 0.18e-6):.2f}A") ``` 此函数基于简化的小信号模型估算给定几何结构的最大可能直流输出电流。请注意真实世界中的数值还会受到许多额外变量的影响,如温度、掺杂浓度分布不均匀等。
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