ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА МОП-ТРАНЗИСТОРА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИ СОЕДИНЕННЫМИ ЗАТВОРОМ И КАРМАНОМ

Русанов Александр Валерьевич; Ткачев Александр Юрьевич; Балашов Юрий Степанович

Краткие сообщения

Рис.1. Передаточные ВАХ: 1 - компонента тока, протекающего в глубине кармана; 2 - компонента тока в канале; 3 - ток стока МОП-транзистора с электрически соединенными карманом и затвором; 4 - алгебраическая сумма компонент тока в канале и тока, протекающего в глубине кармана

ными карманом и затвором от входного напряже-

и8 , Тт 2

ния на затворе: гтов « е к + иё .

Следовательно, эквивалентная электрическая схема состоит из параллельно соединенных транзисторов: латерального биполярного и полевого транзистора с индуцированным каналом (рис.2)

Таким образом, в основе работы МОП-транзистора с электрически объединенными затвором и карманом лежит функционирование полевого транзистора с индуцированным каналом и латерального биполярного транзистора в МОП-транзисторной структуре. Параллельное соединение этих приборов формирует физическую модель МОП-транзистора с электрически объединенными затвором и карманом.

Сток 1

Рис.2. Эквивалентная схема МОП-транзистора, управляемого карманом и затвором одновременно

Литература

1. Affirma Spectre Circuit SimulatorReference, December 1999.

2. Cadence Circuit Components and Device Models Manual, November 2005.

3. Русанов А.В., Ткачев А.Ю., Балашов Ю.С. Физические основы работы МОП-транзистора с управлением карманом и затвором одновременно // Вестник ВГТУ. - 2012. - Т. 8, № 11. - С. 116-118.

Поступило 18 июля 2013 г.

Русанов Александр Валерьевич - аспирант кафедры радиоэлектронных устройств и систем ВГТУ. Область научных интересов: разработка схемных и топологических решений аналоговых блоков интегральных схем. E-mail: ralval@rambler.ru

Ткачев Александр Юрьевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОАО «Научно-исследовательский институт электронной техники» (г. Воронеж). Область научных интересов: приборно-технологическое моделирование полупроводниковых приборов.

Балашов Юрий Степанович - доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой радиоэлектронных устройств и систем ВГТУ. Область научных интересов: физика полупроводников и диэлектриков, интегральные технологии, 3d-проектирование интегральных схем.

86

Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА № 1(105) 2014

УДК 681.324.687

Секционные ЦАП для быстродействующих многоразрядных КМОП-АЦП на КНИ-подложках

С.И. Рембеза, В.С. Кононов

Воронежский государственный технический университет

КМОП-технология стала преобладающей при производстве АЦП фактически любой разрядности [1]. Она идеально подходит для всех типов АЦП и в первую очередь с конденсаторной архитектурой, где используется коммутация встроенных конденсаторов с помощью проходных ключей. Большинство современных преобразователей построены на основе данной архитектуры, что позволяет получать хорошие рабочие характеристики.

Рассмотрим факторы, которые ограничивают дальнейшее повышение частотных и точностных характеристик конденсаторных АЦП.

Совершенствование КМОП-технологии приводит к уменьшению проектных норм и, как следствие, к уменьшению напряжения питания, что сказывается на снижении потребляемой мощности и повышении быстродействия цифровых блоков. Однако более низкое напряжение питания приводит к ухудшению быстродействия проходных ключей и аналоговых блоков на их основе. Это происходит не за счет физических ограничений быстродействия ^-МОП-и «-МОП-транзисторов, из которых состоят проходные ключи, а из-за схемы включения и характера изменений напряжений на выводах транзисторов. При сравнении проходного ключа и обычного инвертора на транзисторах с одинаковыми размерами можно получить следующее соотношение (для каждого типа транзисторов):

UЗ - U0 - Uи1п.к < UЗ - Uо|ин ,

где U3 - напряжение на затворе; U0 - пороговое напряжение; иИ - напряжение на истоке (индексы «п.к» и «ин» означают принадлежность к проходному ключу и инвертору соответственно).

Из соотношения следует, что эффективное напряжение, открывающее ключ и определяющее его быстродействие, ниже по сравнению с инвертором. Так, например, при Uз = Uпит = 1,8 В, U0 = 0,8 В, Uи = 0,5 ипит = 0,9 В эта разница достигает одного порядка:

|1,8 - 0,8 - 0,9| = 0,1 < 1,8 - 0,8| = 1 В, где ипит - напряжение питания.

Опыт эксплуатации конденсаторных КМОП-АЦП показывает заметное ухудшение их точностных характеристик с течением времени. Это происходит в первую очередь в результате деградации характеристик проходных ключей, коммутирующих конденсаторы. Даже такие технологические гиганты, как Analog Devices, Texas Instruments, Linear Technology и другие, производят специальный отбор кристаллов конденсаторных АЦП для военно-космической аппаратуры.

При проектировании КМОП-АЦП с низкими напряжениями питания (1,8 В и менее) следует отказаться от использования проходных ключей с традиционной схемой включения, а применение конденсаторов ограничить секционными устройствами выборки-хранения (УВХ) с пониженными требованиями к точности. Примером такого подхода к проектированию КМОП-АЦП является нерекурсивный 16-разрядный преобразователь с цифровым предсказанием входного сигнала (рис.1) [2]. При создании этого АЦП в качестве секционного ЦАП (СЦАП) использовалась схема (рис.2), которая напоминает цуговый ЦАП [1], но избавлена от свойственных ему недостатков.

Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА № 1(105) 2014

87

EQUIVALENT CIRCUIT OF MOSFET WITH ELECTRICALLY CONNECTED GATE AND POCKET

Текст научной работы на тему «ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА МОП-ТРАНЗИСТОРА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИ СОЕДИНЕННЫМИ ЗАТВОРОМ И КАРМАНОМ»