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好的 下面让我们看第二题
同样的请先听我的介绍
再自己思考最后听我的分析
这是第二题的题目
考虑一个NMOS晶体管有
如题中所述的CMOS工艺电容参数
这里我们有一个标记为m1的NMOS晶体管
我们假设所有的电容集成在
一个位于VG和GROUND之间的
独立电容器中
对于m1它包含的参数包括CGSO
CGSO表示栅极和
源极之间单位栅极长度对应的交叠电容
CGDO表示栅极和漏极之间
单位漏极长度对应的交叠电容
同样还有COX
COX表示栅极外侧单位长度的电容
CJ这里表示衬底中
扩散区域的结电容
Mj则表示了衬底中
扩散区域的浓度梯度系数
参数Cjsw中的
sw是侧壁sidewall的缩写
该参数表示3个侧壁中
扩散区域的单位长度结电容
同样的mjsw表示
侧壁中的扩散浓度梯度系数
同时横向扩散等于LD
并且我们知道扩散的宽度
晶体管参数中还有AD PD AS PS
AD表示漏极的面积
PD表示漏极的长度参数
AS表示源极的面积
PS表示源极的长度参数
这里我们有三个问题
首先我们考虑图中的结构
其中VDD等于VT
VT表示晶体管的阈值电压
假设Vg的初值等于0
此外还有一个值为Iin的电流源
从时间为0时就开始工作
假设我们上文提到的所有电容集成
在一个位于Vg和Ground
之间的独立电容中
这个电容我们称作CT
我们需要求解当Vg
达到2倍VT时的时间表达式
这是第一个问题
第二个问题显然是
我们该如何计算CT
在Cdb Csb Cgs Cgd Cgb之中
它们分别表示漏极和衬底
栅极和衬底
栅极和源极栅极和漏极栅极和衬底之间的电容
那么在这些MOS管寄生电容中
哪些对CT电容有贡献呢
对这些寄生电容请通过列出公式
来说明它们是怎么对CT产生影响的
这里请只用题中给出的电容
如果晶体管进入不同的工作区域中
将会影响电容的值
对每一个工作区域通过表达式指出
这些寄生电容的贡献变化
同时指出工作区域
这是第二个问题
第三个问题如图中给出
当输入为0时
同时电流源仍然是Iin
我们假设所有的电容都集成在
位于VD和GROUND之间独立电容中
同样的在Cdb Csb Cgs Cgd Cgb中
哪些电容对整个漏电容有贡献
推导出当Vd从0到两倍VT变化时
CT的平均值表达式
然后再一次区分
不同的工作区域之间的差别
以上就是对问题的基本描述
你可以暂停视频仔细思考
再听我接下来的分析
在我开始分析之前我先
介绍一下这一题相关的知识点
首先是MOS晶体管的
沟道电容的分布
可以看出在截止区域中
所有的电容
都位于栅极和衬底之间
也就等于C乘以W乘以L
在截止区域中
栅极和源极以及
栅极和漏极之间的沟道电容都等于0
这就是截止区域时的电容分布
然而电阻区域中的分布与之不同
可以看出位于
栅极和漏极
以及栅极和源极之间的电容
都等于C乘以W再乘以L再除以2
因此总的电容等于CGCS加CGCD
等于CGC也就是C乘以W再乘以L
在饱和区域中
在栅极和漏极以及栅极和
衬底之间并没有任何沟道电容
这是由于电场被沟道屏蔽了
因此我们只需要考虑
栅极和源极之间的电容
等于2/3乘以C乘以W乘以L
因此总的电容也就
等于2/3乘以C乘以W乘以L
这是由沟道电容
和交叠电容构成的
这里可以看到横向的扩散
you can see here this is a lateral diffusion
同时我们知道CGSO等于CGDO
它们是栅极和源极
栅极和漏极之间单位长度的交叠电容
等于COX乘以WD
就是这个乘以（漏极）宽度
等于右边这个式子
这是一张整个MOS管
结构电容的图片
图中除了结构电容
还有沟道电容
因此你可以看到在栅极和源极之间
我们有交叠电容CGCS
和沟道电容
沟道电容存在于线性区域下
等于WLCox的一半
在截止区域内它等于0
在饱和区等于2/3乘以WL乘以Cox
栅极和漏极之间的电容
等于CGDO加上CGCD
因此CGCD是
栅极和漏极之间的沟道电容
在线性区域等于WL乘以COX的一半
在截止区域以及饱和区域内等于0
这个表达式表示
扩散电容和结电容
包括了1个衬底面积
和3个侧壁的面积
另一边也是1个衬底面积
和3个侧壁面积
同时栅极和衬底之间的电容
表示为CGCB
栅极和衬底之间的沟道电容
只存在于截止模式下
它的值等于WLCox
最后我们来介绍参数Keq
这个符号表示了线性增长因子
这个因子的表达式可以写成这样
实际上在课堂上
我曾经介绍过这个式子
根据给出的这些知识
我会给出这个问题的解答
第一个问题
当Vg等于Vt时
将会变化 我们考虑两种情况
第一个情况是
当电压Vg小于Vt时
从0到Vt变化
因此我们有电容的表达式
也就是Ct(1)
另一个情况是当Vg大于
Vt小于两倍Vt时
此时我们假设电容等于Ct(2)
第一个是在截止模式下
另一个是工作在饱和区域内
因此截止模式下需要的时间
等于CT(1)乘以Vt比上输入电压Iin
饱和模式下需要的时间等于CT(2)乘以
2倍Vt减去VT比上Iin
因此花费的总时间
等于第一个时间加第二个时间
这就是第一个问题的解
第二道题中
如果我们知道了当Vg
大于0小于VT时
等于这个式子
这个式子等于
这是截止工作区域下的沟道电容
这是一个交叠电容
包括处在栅极和漏极之间
以及栅极和源极之间的电容
当Vg大于VT小于两倍VT时
此时CT(2)等于
2/3乘以Cox乘以WL
这个表达式表示了
饱和区域下沟道电容
仅仅存在于栅极和源极之间
等于2/3乘以Cox乘以WL
加上W乘以Cgdo加上Cgso
因此只要我们知道了这个值
就可以代入这个式子
从而推导出电压
增长到2倍VT需要的时间
最后一题是说
当CT等于这个值时
Vout充电
从0变化到2倍的Vt
因此我们需要使用
线性增长因子来求解
首先我们要计算
线性增长因子keq
因此我们可以把keq代入这个表达式
来计算VT
也就是计算电容CT的均值
这就是第二题的解答
-1
--文档
-1.Introduction to Digital IC
--Video
-2.Architecture of Digital Processor
--Video
-3.Full Custom Design Methodology
--Video
-4.Semicustom Design Methodology
--Video
-5.Quality Metric of Digital IC
--Video
-6.Summary and Textbook Reference
--Video
-7.HW--作业
-7.PPT
--补充材料1
--补充材料2
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Introduction
--Video
-2.The Diode
--Video
-3.The MOSFET Transistor
--Video
-4.Secondary Effects
--Video
-5.Summary and Textbook Reference
--Video
-6.HW--作业
-6.PPT
--补充材料
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Introduction
--Video
-2.Static Behavior
--Video
-3.HW--作业
-3.PPT
--补充材料
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Dynamic Behavior I
--Video
-2.Dynamic Behavior II
--Video
-3.Power Dissipation
--Video
-4. Summary and Textbook Reference
--Video
-5.HW--作业
-5.PPT
--补充材料
-1.Introduction
--Video
-2.Static CMOS Design I
--Video
-3.Static CMOS Design II
--Video
-4.HW--作业
-4.PPT
--补充材料
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Static CMOS Design III
--Video
-2.Static CMOS Design IV
--Video
-3.Dynamic CMOS Design
--Video
-4.Summary
--Video
-5.HW--作业
-5.PPT
--补充材料
-1.Introduction I
--Video
-2.Introduction II
--Video
-3. Static Latches and Registers I
--Video
-4.Static Latches and Registers II
--Video
-5.Static Latches and Registers III
--Video
-6.HW--作业
-6.PPT
--补充材料
-1.Key Points Review
--Video
-2.Dynamic Latches and Registers I
--Video
-3.Dynamic Latches and Registers II
--Video
-4.Dynamic Latches and Registers III
--Video
-5.Pulse Register
--Video
-6.Pipelining
--Video
-7.Schmitt Trigger
--Video
-8.Summary and Textbook Reference
--Video
-9.HW--作业
-9.PPT
--补充材料
-1. Introduction
--Video
-2. Adder: Full Adder (Definition)
--Video
-3. Adder: Circuit Design
--Video
-4. Adder: Logic Design I
--Video
-5. Adder: Logic Design II
--Video
-6. Adder: Summary
--Video
-7.HW--作业
-7.PPT
--补充材料
-1. Key Points Review
--Video
-2. Multiplier
--Video
-3. Shifter
--Video
-4. Summary and Textbook Reference
--Video
-5. HW--作业
-5. PPT
--补充材料
-1. Introduction
--Video
-2. Capacitance
--Video
-3. Resistance
--Video
-4. Electrical Wire Models
--Video
-5. Summary and Textbook Reference
--Video
-6. HW--作业
-6. PPT
--补充材料
-1. Introduction
--Video
-2. Capacitive Parasitics
--Video
-3. Capacitive Parasitics II
--Video
-4. Resistive Parasitics
--Video
-5. Summary and Textbook Reference
--Video
-6. HW--作业
-6. PPT
--补充材料
-1. Assignment Solving
--Video
-2. The teaching assistants want to say
--Video
-1. Problem 1
--Video
-2. Problem 2
--Video
-3. Problem 3
--Video
-4. Problem 4
--Video
-5. Problem 5
--Video
-6. Problem 6
--Video
-7. Problem 7
--Video
-1. Problem 8
--Video
-2. Problem 9
--Video
-3. Problem 10
--Video
-4. Problem 11
--Video
-5. Problem 12
--Video
-6. Problem 13
--Video
-7. Problem 14
--Video
