使用超低電壓 MOSFET 陣列進(jìn)行設(shè)計(jì)，第二部分EPAD MOSFET 關(guān)鍵性能特征

EPAD MOSFET 專為實(shí)現(xiàn)器件電氣特性的出色匹配而設(shè)計(jì)。這些器件專為實(shí)現(xiàn)最小失調(diào)電壓和差分熱響應(yīng)而構(gòu)建。由于集成在同一塊單片芯片上，它們還具有出色的溫度系數(shù)跟蹤特性。

這些 EPAD MOSFET 器件專為低電壓(1V 至 10V 或 +/-0.5V 至 +/-5V)或超低電壓(低于 1V 或 +/-0.5V)系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)和放大應(yīng)用而設(shè)計(jì)。這些器件還具有低輸入偏置電流，除了成對(duì)的電氣特性外，每個(gè)單獨(dú)的 EPAD MOSFET 還具有嚴(yán)格控制的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)可靠且嚴(yán)格的設(shè)計(jì)限制。例如，對(duì)于 Vgs(th) 范圍為 +/-0.3V 的傳統(tǒng) MOSFET，設(shè)計(jì)必須允許在 Vgs = Vds = 2.0V 時(shí) Ids 范圍為 +/- 0.4 mA。然而，使用 Vgs(th) 范圍為 +/- 0.01V 的 ALD110808，設(shè)計(jì)必須允許 Ids 范圍僅為大約 +/- 0.01 mA。即使來(lái)自不同制造批次的單元也具有相應(yīng)的匹配良好的特性。因此，這些器件非常適合需要在同一封裝中或不同封裝中的多個(gè)器件之間進(jìn)行匹配的應(yīng)用。

EPAD MOSFET 應(yīng)用環(huán)境

· 低電壓：1V 至 10V 或 +/- 0.5V 至 +/- 5V

· 超低電壓：小于 1V 或 +/- 0.5V

· 低功耗：電壓 x 電流 = 以微瓦為單位測(cè)量的功率

· Nanopower：電壓 x 電流 = 以納瓦為單位測(cè)量的功率

· 精密匹配和跟蹤電路

EPAD MOSFET I-V 特性

顯示了 EPAD MOSFET 陣列系列的電氣特性。描繪了 EPAD MOSFET 導(dǎo)通漏極電流與漏極電壓特性的關(guān)系，它是等于或高于閾值電壓的柵極電壓的函數(shù)。由于閾值電壓受到精確控制，與典型的傳統(tǒng) MOSFET 相比，給定柵極電壓輸入下的漏極電流控制更加均勻。

應(yīng)該注意的是，EPAD MOSFET 陣列系列的所有成員都符合標(biāo)準(zhǔn) MOSFET 行為，可以在使用傳統(tǒng) n 溝道 MOSFET 的地方使用。關(guān)鍵的差異化因素在于，當(dāng) Vgs(th) 現(xiàn)在是一個(gè)精確控制的參數(shù)時(shí)，電路和系統(tǒng)中的許多新設(shè)計(jì)拓?fù)鋱D和設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)在成為可能。這是一個(gè)可能在第一印象中并不明顯的啟示。然而，過(guò)去接受某些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)但遇到基本障礙的工程師可能希望重新審視這些死胡同的結(jié)果，因?yàn)楝F(xiàn)在通過(guò)這些 EPAD MOSFET 提供給他們的支持技術(shù)可以讓他們進(jìn)入實(shí)際的電路實(shí)施階段.

由以下等式近似得出的經(jīng)典 MOSFET 器件行為也適用于 EPAD MOSFET。對(duì)于 EPAD MOSFET，線性區(qū)域中的漏極電流(其中 Vds < vgs="" –="" vgs(th))="" is="" given="" by:="">

Id= (kW/L).[Vgs – Vgs(th) – Vds/2].Vds

k = u。Cox

u 是載流子遷移率

Cox 是柵電極單位面積的電容

Vgs 是柵源電壓

Vth 是導(dǎo)通閾值電壓

Vds 是漏源電壓

W 和 L 分別是溝道寬度和溝道長(zhǎng)度

對(duì)于較小的 Vds 值，Vds 與 Ids 的關(guān)系近似于線性電阻器的關(guān)系。Ids 值與 Vds 值成正比，該器件可用作柵極電壓控制電阻器。

對(duì)于較高的 Vds 值，其中 Vds >= Vgs – Vgs(th)，EPAD MOSFET 的溝道處于器件特性的夾斷區(qū)，飽和電流 Ids 近似由下式給出：

Ids = (kW/L)。[Vgs – Vgs(th)] 2

EPAD MOSFET 亞閾值電壓操作

在閾值電壓或閾值電壓以下時(shí)，EPAD MOSFET 在稱為亞閾值區(qū)域的工作區(qū)域中表現(xiàn)出關(guān)斷特性。這是一個(gè) EPAD MOSFET 傳導(dǎo)通道作為施加的柵極電壓的函數(shù)快速關(guān)閉的區(qū)域。柵電極上的柵極電壓感應(yīng)的溝道呈指數(shù)下降，因此導(dǎo)致漏極電流呈指數(shù)下降。然而，通道不會(huì)隨著柵極電壓的降低而突然關(guān)閉，而是以每十年電流降低約 110 mV 的固定速率降低。

因此，例如，如果 EPAD MOSFET 器件的閾值電壓為 0.2V，則其漏極電流 Ids 在 Vgs = 0.2V 時(shí)為 1μA (Vds = 0.1V)。在 Vgs = 0.09V 時(shí)，Ids 降至 0.1μA。由此推斷，在 Vgs = -0.02V 時(shí)，漏極電流為 0.01 μA(或 10 nA);Vgs = –0.13V 時(shí)為 1nA;等等。

顯示了 MOSFET 陣列系列的所有成員，它們具有適當(dāng)?shù)钠叫衼嗛撝登€，這些曲線根據(jù)產(chǎn)品的不同 Vgs(th) 進(jìn)行線性調(diào)整。是 Ids 與 Vgs 的曲線，其中 Vgs 是相對(duì)于 Vgs(th) 表示的。這種亞閾值曲線行為適用于 EPAD MOSFET 系列的所有成員。

在電路設(shè)計(jì)人員定義為“零電流”的漏極電流處，現(xiàn)在可以計(jì)算和估算零電流下的 Vgs 電壓。例如，如果特定設(shè)計(jì)的零電流指定為 10 nA，則該電流水平下的 Vgs 電壓大約比 Vgs(th) 低 220 mV。請(qǐng)注意，在這個(gè) Vgs(th) = 0.2V 的示例中，當(dāng)柵極處于零伏(接地)時(shí)，其 ID 仍徘徊在 20 nA 左右。

通過(guò)精確控制 EPAD MOSFET 中的 Vgs(th)，現(xiàn)在可以更輕松地在亞閾值區(qū)域偏置和操作 EPAD MOSFET。當(dāng)考慮到適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)余量并使用適當(dāng)?shù)碾娐吩O(shè)計(jì)時(shí)，可以在該亞閾值區(qū)域中偏置設(shè)備并以模擬模式或數(shù)字模式運(yùn)行。

在亞閾值區(qū)域操作的一些關(guān)鍵特征和注意事項(xiàng)是：

* 非常低的工作電源電壓

* 非常低的信號(hào)電壓擺幅

* 涉及的工作電流水平非常低

* 超低功耗

* 無(wú)需使用高值電阻器即可在輸入和輸出端實(shí)現(xiàn)非常高的阻抗

* 指數(shù) I 到 V 特性

* 獨(dú)特的跨導(dǎo)行為設(shè)備在這個(gè)操作區(qū)域。