电路大师课系列-模拟集成电路设计第六讲:EKV模型(上)

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电路大师课系列:揭开EKV模型的神秘面纱(上)</


在UCLA的知名课程EE215A中,电路设计大师Behzad Razavi和Asad Abidi教授轮流授课,他们深入浅出地讲解了传输函数、零极点等基础概念。第六讲特别聚焦于模拟电路设计的核心工具——EKV模型,它是电路设计者手中的导航灯。


MOS管模型的选择在电路设计中至关重要,需要根据应用需求选择,比如开关电路青睐于简单的开关模型,而模拟电路则常使用BSIM模型,尤其是BSIM3/4和BSIM6来处理短沟道效应和阈值电压。EKV模型则因其对弱/中/强反型区连续性的精确模拟和对短沟道效应的处理能力而备受青睐。


让我们深入剖析NMOS管的结构,它由四个关键端口(S、D、G、B)构成,使用一维简化模型。其中,夹断电压Vp和阈值电压Vt0是关键参数,它们之间的非线性关系由势垒电容Cdep调控。简化模型中的Vp计算公式为:Vp = (VG - Vt0) / 1.5(n=1.5)。然而,这种非线性可能导致在大信号电路中出现挑战。通过绘制Qinv'与Vch的关系图,并考虑势垒电容的影响,我们可以推导出电流公式IF和IR,分别对应饱和区和线性放大区。


EKV模型的魅力在于其直观性,它通过图形分析帮助我们理解电路行为。例如,我们可以用它来比较电路中的电流特性,或者分析串联MOS管的等效电路。接下来,我们将转向小信号模型,EKV模型在此领域的应用将更为直接。我们将在源极跟随器和负反馈放大器的示例中,展示如何实际应用EKV模型。敬请期待,下一讲将深入探讨MOS管在不同区域模型、短沟道效应和电容模型中的运用。


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