mos管设计
第六章 MOS电路版图设计讲解
VDD MP Vo MN
(2) 根据负载CL情况和速度 要求(tr和tf) 确定等效的 PMOS管和NMOS管的最小 W/L 。
o增大 Vi
0
V*
VDD
6.1.1 MOS管宽长比(W/L)的确定 2. CMOS逻辑门电路（续） (3) 根据上述结果最终确定等效的 Vi PMOS管和NMOS管的最小W/L。 (4) 根据电路结构和等 效的W/L确定每个管 的W/L 。 无比电路VOL与o无关 nor2
选上升和下降时间都是300ns.
§6-2 版图的布局布线
思考题
1. 布局布线的策略是什么？ 2. 复用单元设计有什么好处？
6.2.1 布局 1.布局的基本原则 芯片的布局设计是要解决电路图或逻辑 图中的每个元件、功能单元在版图中的位置 摆布、压焊点分布、电源线和地线以及主要 信号线的走向等。 首先确定电路中主要单元（元件）的位 置，再以主要单元为中心安置次主要单元和 次要单元。 相关单元（包括压点）要尽量靠近，以 主要单元为主调整单元（器件）的形状和位 置，方便布线，缩短布线。
6.2.1 布局 2.布局示例1 电子表芯片
液晶显示译码电路
定时电路
比较电路
走时电路
分频电路 振荡器
报 时 驱 动
调节控制电路
6.2.1 布局 2.布局示例2 存储器模块
读写 控制
输入输出
地址 译码
SRAM存储矩阵
6.2.2 布线 1. 布线基本原则 最常用的布线层有金属、多晶硅和扩 散区，其寄生电阻和寄生电容有所不同。 电源线、地线选择金属层布线，线宽要 考虑电流容量（一般1mA/m)。 长信号线一般选择金属层布线，应尽量 避免长距离平行走线。 多晶硅布线和扩散区布线不能交叉而 且要短。必须用多晶硅走长线时，应同时 用金属线在一定长度内进行短接。
mos管设计
1.共源放大器：Rsig由图可知MOS管偏置点电压VGS=1.833V,电流ID=90.49uA，由output中的数据知Vt=1.8V. Ro=3.5MΩ可求得跨导gm=2ID/(VGS-Vt)=5.484mA/V. 可求增益Gv=gm*(Ro||RD||RL）*RG/(RG+Rsig)=109.09V/V;Av=gm*(Ro||RD||RL）=121.867V/V.Gv仿真图：从图中可读出Gv=109.849V/V.Av仿真图：从图中读出Av=121.119V/V.幅频响应图：3dB频率：fL=22.190Hz,fH=437.548KHz. 输入电阻仿真图：从图中读出Rin=10MΩ。
求输出电阻的电路图：可读出输出电阻为：Rout=788.319Ω2.共漏放大器电路：Rsig 1ME G 0VRD 50ki5.000VVsig1V ac 0V dc0VC110u475.4mVVi 00VV15V dc -1.833V0VVoRG10MEG0VRS 35k 0M1M2N6659V25V dcC310uC210uV o/Vi 的仿真图：从图中读出：Av=1V/V . 幅频响应图：从图中读出3dB 频率f=87.737Hz.输入电阻仿真图：读出：Rin=10.195MΩ。
输出电阻仿真图：读出Rout=181.762Ω. 3.共栅放大器电路：I10Adc10uAac 0A RG 10MEG0AVoC210u 0ioC110uV15Vdc 90.49uARD50k 90.49uAViM1M2N66590A 90.49uAiRS35k90.49uARsig100k0AV25Vdc 90.49uAC310u电流增益仿真：读出Ai=1A/A 。
输入电阻：读出Rin=182.1Ω.输出电阻：读出：Rout=50.145kΩ2.用型号分别为MbreakN和MbreakP的MOS管做的反相器，与非门，或非门。
1）反相器的电路为：输入信号Vi的波形为：输出信号的波形：由波形图知：当输入Vi为高电平时，输出V o为低电平；当输入Vi为低电平时，输出V o为高电平。
MOS管散热设计经验介绍
MOS管散热设计经验介绍MOS管散热设计经验介绍MOSFET的失效很多都是由于过热导致的，那么在选件选型，电路设计及PCB布局时就要格外注意应用情况和设计余量，确保MOSFET的Tj不会超过其最大值。
MOSFET散热设计一定要注意的几个经验：数据手册中的热阻值其实没什么用并不是散热铜箔面积越大，散热效果就会好在元件正下方设置无电气连接的铜箔对散热也是有帮助的过孔越多，散热效果不一定越好元件以外的温度影响不容忽视1. 数据手册中的热阻值其实没什么用在数据手册中通常会列出MOSFET 热阻值Rth(j-a)和Rth(j-mb) Rth(j-a): 指器件结点（die）到周围环境的热阻。
可以理解为是MOSFET元件本身的固有属性，无法通过外界的措施加以改善；Rth(j-mb): 指器件结点到焊接衬底的热阻。
焊接衬底通常定义为焊接到 PCB 的点，也是唯一首要的热传导路径。
但要注意的是，表格中给出的值是有测试条件的，如果不是一样的测试条件，热阻值将会不同。
如表格下面的注释中明确提到焊接在FR4类型的PCB上，只有一层铜箔，铜箔表面是镀锡的，并且采用的是标准的焊盘封装。
然而在实际的PCB布局上，基本上都不是只有一层铜箔，也有可能用没有镀锡的OSP材质的PCB，所以数据手册中的数据是绝对不能直接应用在实际产品的温度计算中的，而是要根据实际的电路消耗和PCB布局情况通过仿真或者测量的方式来获得真实可信的温度Tj数据。
2. 并不是散热铜箔面积越大，散热效果就会好通过下面的仿真模型来看一看散热铜箔面积与元件Tj的关系。
下面的仿真模型为一个MOSFET器件焊接在了尺寸为40 x 40 mm，FR 4 材质的PCB 上，元件下面的直接相接触的铜箔为边长xmm的正方形，周围环境温度为20°C。
经过扩大焊盘铜箔的边长，不断地进行Tj的仿真，绘制出下面的曲线。
可以看出：结点温度Tj很大程度上依赖于边长x，或者说是单层铜箔的面积。
第七章MOS管模拟集成电路设计基础ppt课件
威尔逊电流镜正是
这样的结构。
NMOS威尔逊电流
镜的电路如右图所示。
提高输出电阻的基本
原理是在M1的源极接 有M2而形成的电流 串联负反馈。
图7.3.2 NMOS威尔逊电流镜
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
(3)自给基准电流的结构 如果在电流镜中的
参考电流就是一个恒流 (如右图所示) 那么，
整个电路中的相关支路 电流就获得了稳定不变 的基础。
图6-3-14
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
右图给出了 一种自给基准电 流的结构形式。M1、 M2、M3组成了一个 两输出支路的 NMOS电流镜，M4、 M5和M6组成了两输 出 支 路 的 PMOS 电 流 镜 。 M7 、 M8 和 R 所构成的“启动” 电路 。
4) 参考支路电流Ir 形成参考支路的电流的基本原理很简单，只要能够形成对
电源(NMOS电流镜)或对(PMOS电流镜)的通路即可。 (1)简单的电阻负载参考支路
图6-3-11
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
图6-3-18
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
三极管和mos管设计技巧
三极管和mos管设计技巧三极管和MOS管是电子电路中常用的两种主要器件。
它们在电子设备的设计中发挥着重要的作用。
本文将介绍一些关于三极管和MOS管的设计技巧。
一、三极管设计技巧1. 偏置电路设计：三极管的偏置电路是非常重要的，它决定了三极管的工作状态。
在设计偏置电路时，需要考虑到温度变化对电流的影响，以确保电流的稳定性。
同时，还可以通过改变偏置电路的参数来调整三极管的工作点。
2. 放大电路设计：三极管常用于放大电路中，可以将输入信号放大到更大的幅度。
在设计放大电路时，需要考虑到增益、带宽和失真等因素。
合理选择三极管的工作点，采用适当的负载电阻以及正确的耦合方式，可以提高放大电路的性能。
3. 频率响应设计：三极管的频率响应是指在不同频率下对信号的放大程度。
在高频应用中，需要考虑三极管的输入和输出电容、电感以及电路的布局等因素，以提高频率响应的性能。
4. 稳定性设计：三极管在一些特殊应用中可能会出现不稳定的情况，如自激振荡。
为了提高稳定性，可以采用负反馈的方法，引入适当的补偿电路，或者采用稳定器件替代三极管。
二、MOS管设计技巧1. 工作模式选择：MOS管有三种工作模式，分别是截止区、饱和区和线性区。
在不同的应用场合，需要选择不同的工作模式。
例如，在开关电路中，需要将MOS管工作在截止区和饱和区之间，以实现开关的功能。
2. 门电压控制：MOS管的导通和截止是由门电压控制的。
在设计中，需要考虑到门电压的大小和控制方式，以确保MOS管的正常工作。
合理选择门电压的大小和斜率，可以提高MOS管的响应速度和开关特性。
3. 驱动电路设计：MOS管的驱动电路对其性能有很大的影响。
合理选择驱动电路的参数，如电流、电压和功率等，可以提高MOS 管的驱动能力和效率。
此外，还需要考虑到驱动电路的抗干扰能力，以避免外部信号对MOS管的影响。
4. 热设计：MOS管在工作过程中会产生一定的热量，如果不能及时散热，就会导致器件温度过高而损坏。
第七章-MOS管模拟集成电路设计基础
右图所示的是威尔电流 镜的改进结构。由M4构成的 有源电阻“消耗”了一个VGS， 使M2、M3的源漏电压相等。 如果M1和M2的宽长比相同， 从M1、M2的栅极到M2、M3 的源极的压差为2VGS2，如果 M2、M3相同，则M4的栅源 电压就为VGS2，使M3管的源 漏电压和M2的源漏电压相 同，都为VGS2。这样的改进 使参考支路和输出支路电流 以一个几乎不变的比例存在。
图7.3.2 NMOS威尔逊电流镜
M2在电路中相当于一个串联电阻(有源电阻)，构成电流串联负反馈。M3 的漏节点提供了M1的偏置电压，如果因为某种原因使输出电流Io增加，这个增 加了的电流同时也将导致M2的VGS2增加，使得M1的栅源电压VGS1减小，从而 使电流减小。反之，如果某种原因使Io减小，同样也会因M2的作用阻止电流变 小。正是因为M2的电流串联负反馈的作用，使Io趋于恒流，提高了交流输出电 阻。
（a）NMOS管
（b）PMOS管 图7.2.1 有源电阻
1、电流偏置电路
在模拟集成电路中，电流偏置电路的基本形式是电流
镜。所谓的电流镜是由两个
或多个并联的相关电流
支路组成，各支路的电
流依据一定的器件比例
关系而成比例。
1) NMOS基本电流镜
NMOS基本电流镜
由两个NMOS晶体管组
成，如图7.3.1所示。
图(a)，V1=VGS1，V2=VGS1+VGS2；图(b)是一个CMOS的分压器结构，它的分压原 理与NMOS并没有什么区别，它的Vo也可以用上式计算。
图6点，那就是它们的输出电 压值随着电源电压的变化将发生变化。究其原因是因为电漏电压的 波动直接转变为MOS晶体管的VGS的变化。如果电源电压的波动能够被 某个器件“消化”掉，而不对担当电压输出的VGS产生影响就可以使 输出电压不受电源电压波动的影响。
mos管的栅极驱动电路设计
mos管的栅极驱动电路设计主要包括以下几个方面：
1.增加电流供应能力：图腾柱电路和推挽输出电路都可以用来增
强驱动，从而快速完成栅极电容输入的充电过程。
2.加速MOS管的关断：在关断的瞬间，驱动电路需要提供尽可
能低阻抗的通路，使MOSFET的栅极和源极之间的电容快速放电，保证开关管可以快速关断。
这通常通过在栅极电阻上并联一个二极管和一个额外的电阻来实现，其中二极管通常采用快恢复二极管，以缩短关断时间并降低关断损耗。
3.防止电源IC损坏：并联在栅极电阻上的额外电阻还可以防止电
源IC在关断时因电流过大而损坏。
4.满足高边驱动要求：对于需要驱动高边MOS管的情况，通常
使用变压器驱动器，有时也用于安全隔离。
MOS管的耗散功率计算及产品设计
MOS管的耗散功率计算及产品设计MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于电子设备和电路中。
在设计MOS管产品时，需要考虑耗散功率的计算和相关参数的选择。
本文将详细介绍MOS管的耗散功率计算方法和产品设计过程。
1.MOS管的耗散功率计算方法1.1 导通时功率损耗（Pcond）导通时的功率损耗是由通道内电流和通道电阻引起的。
根据欧姆定律，功率损耗可以通过下式计算：Pcond = I^2 * Rds(on)其中，I表示通过MOS管的电流，Rds(on)表示导通时的内部电阻。
1.2 关断时功率损耗（Psw）关断时的功率损耗是由控制电路中的扩展电容充放电引起的。
关断时的功率损耗可以通过下式计算：Psw = Cgs * V^2 * f其中，Cgs表示栅源极电容，V表示MOS管的电压，f表示关断频率。
总的耗散功率可以通过以下公式计算：Pd = Pcond + Psw2.MOS管产品设计过程2.1确定工作条件首先需要明确MOS管设计的工作条件，包括电压、电流、频率等参数。
这些参数将直接影响MOS管的选择和设计。
2.2选择合适的MOS管根据工作条件和需要的性能指标，选择合适的MOS管。
重点考虑其导通电阻、反向击穿电压、功耗等参数。
2.3计算耗散功率根据选定的MOS管型号和工作条件，计算出MOS管的耗散功率。
根据上述的功耗计算方法，确定导通时和关断时的功率损耗。
2.4散热设计根据计算得到的耗散功率，设计散热系统，确保MOS管能够正常工作和散热。
可以采用散热器、导热胶等散热材料和散热结构，提高散热效果。
2.5选用合适的开关驱动电路选择合适的开关驱动电路，保证MOS管的开关速度和可靠性。
驱动电路应能够提供足够的电流和电压，以实现快速开关并减少开关损耗。
2.6进行电路仿真和测试使用电路仿真软件进行电路验证和性能优化。
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1.共源放大器：
Rsig
由图可知MOS管偏置点电压VGS=1.833V,电流ID=90.49uA，由output中的数据知Vt=1.8V. Ro=3.5MΩ可求得跨导gm=2ID/(VGS-Vt)=5.484mA/V. 可求增益Gv=gm*(Ro||RD||RL）*RG/(RG+Rsig)=109.09V/V;
Av=gm*(Ro||RD||RL）=121.867V/V.
Gv仿真图：
从图中可读出Gv=109.849V/V.
Av仿真图：
从图中读出Av=121.119V/V.
幅频响应图：
3dB频率：fL=22.190Hz,fH=437.548KHz. 输入电阻仿真图：
从图中读出Rin=10MΩ。
求输出电阻的电路图：
可读出输出电阻为：Rout=788.319Ω2.共漏放大器电路：
Rsig 1ME G 0V
RD 50k
i
5.000V
Vsig
1V ac 0V dc
0V
C110u
475.4mV
Vi 0
0V
V15V dc -1.833V
0V
Vo
RG
10MEG
0V
RS 35k 0
M1
M2N6659
V2
5V dc
C3
10u
C210u
V o/Vi 的仿真图：
从图中读出：Av=1V/V . 幅频响应图：
从图中读出3dB 频率f=87.737Hz.
输入电阻仿真图：
读出：Rin=10.195MΩ。
输出电阻仿真图：
读出Rout=181.762Ω. 3.共栅放大器电路：
I1
0Adc
10uAac 0A RG 10MEG
0A
Vo
C2
10u 0
io
C110u
V15Vdc 90.49uA
RD
50k 90.49uA
Vi
M1M2N6659
0A 90.49uA
i
RS
35k
90.49uA
Rsig
100k
0A
V2
5Vdc 90.49uA
C3
10u
电流增益仿真：
读出Ai=1A/A 。
输入电阻：
读出Rin=182.1Ω.
输出电阻：
读出：Rout=50.145kΩ
2.用型号分别为MbreakN和MbreakP的MOS管做的反相器，与非门，或非门。
1）反相器的电路为：
输入信号Vi的波形为：输出信号的波形：
由波形图知：当输入Vi为高电平时，输出V o为低电平；当输入Vi为低电平时，输出V o为高电平。
实现了反相器的功能。
2）与非门电路：
输入信号V1的波形：
输入信号V2的波形：输出信号V o的波形：
由波形可知：当输入信号V1、V2同时为高电平时，输出信号V o为低电平；否则，V o输出高电平。
实现了与非门的功能。
3）或非门电路：
输入信号V1的波形图：
输入信号V2的波形图：输出波形V o的波形：
由波形可知：当输入信号V1、V2同时为低电平时，输出信号V o为高电平；否则，V o输出低电平。
实现了或非门的功能。
一组组员：张艳娇、王燕芳、马文龙、刘子镕。