非本征器件
發(fā)布時(shí)間:2013/7/29 20:21:11 訪問(wèn)次數(shù):683
利用通用的工藝制造二極管,PCF8531U都會(huì)不可避免地在本征器件上引入寄生PN結(jié)。作力簡(jiǎn)單的假設(shè),先在二極管兩個(gè)相反擴(kuò)散的硅材料上串聯(lián)寄生電阻如圖2.8(a)所示的R和R但是,更為重要的是,集成電路上的所有器件都共用一個(gè)P型或者N型的襯底,各個(gè)器件通過(guò)與襯底反偏的PN結(jié)進(jìn)行隔離,在P型或者N型襯底上分別形成寄生的耗盡電容Cj、和Cj。例如,將P型材料擴(kuò)散到已經(jīng)完成N型擴(kuò)散的阱內(nèi),形成一個(gè)本征的PN結(jié)二極管[圖2.8(b)],但是同時(shí)N阱也會(huì)自然形成P型襯底的陰極。在本征二極管正常工作的狀態(tài)下,非本征PN結(jié)形成的電流必須非常小,可以忽略,這就是P型襯底必須連接到負(fù)電源軌,而N型襯底必
須連接到正電源軌的原因。
圖2.8(a)完整的大信號(hào)模型;(b)完整的物理截面圖;(c)PN結(jié)二極管的完整小信號(hào)模型
小信號(hào)響應(yīng)
二極管的交流電壓。和電流信號(hào)i。是二極管電壓和電流上的足夠小的變化,只是在直流偏置Vl)和上形成非常小的分量。考慮到交流電壓自身特性,其幅度非常低,二極管電流和電壓的指數(shù)關(guān)系的線性近似[即斜率或者圖2.6(c)中直流偏置點(diǎn)。的一階微分]與實(shí)際情況的指數(shù)響應(yīng)非常吻合。因此根據(jù)此前討論的線性模型,交流電流Z與二極管交流電壓Vd呈線性關(guān)系.
gd為二極管的有效交流跨導(dǎo);rd為二極管的等效交流電阻。二極管的小信號(hào)響應(yīng)可以利用由熱電壓V。和直流偏置電流ID比例決定的電阻(即l/gd)來(lái)等效。針對(duì)大信號(hào)的情況,P型和N型硅電阻條會(huì)在本征器件上引進(jìn)額外的寄生電阻Rr,和Rx(即體電阻),圖2.8(c)中的完整小信號(hào)模型包含了該電阻。通常情況下,非本征器件都非常小,因此一階分析和設(shè)計(jì)時(shí)都可忽略不計(jì),但是在仿真和最壞工藝角分析中卻不能忽略。
利用通用的工藝制造二極管,PCF8531U都會(huì)不可避免地在本征器件上引入寄生PN結(jié)。作力簡(jiǎn)單的假設(shè),先在二極管兩個(gè)相反擴(kuò)散的硅材料上串聯(lián)寄生電阻如圖2.8(a)所示的R和R但是,更為重要的是,集成電路上的所有器件都共用一個(gè)P型或者N型的襯底,各個(gè)器件通過(guò)與襯底反偏的PN結(jié)進(jìn)行隔離,在P型或者N型襯底上分別形成寄生的耗盡電容Cj、和Cj。例如,將P型材料擴(kuò)散到已經(jīng)完成N型擴(kuò)散的阱內(nèi),形成一個(gè)本征的PN結(jié)二極管[圖2.8(b)],但是同時(shí)N阱也會(huì)自然形成P型襯底的陰極。在本征二極管正常工作的狀態(tài)下,非本征PN結(jié)形成的電流必須非常小,可以忽略,這就是P型襯底必須連接到負(fù)電源軌,而N型襯底必
須連接到正電源軌的原因。
圖2.8(a)完整的大信號(hào)模型;(b)完整的物理截面圖;(c)PN結(jié)二極管的完整小信號(hào)模型
小信號(hào)響應(yīng)
二極管的交流電壓。和電流信號(hào)i。是二極管電壓和電流上的足夠小的變化,只是在直流偏置Vl)和上形成非常小的分量?紤]到交流電壓自身特性,其幅度非常低,二極管電流和電壓的指數(shù)關(guān)系的線性近似[即斜率或者圖2.6(c)中直流偏置點(diǎn)。的一階微分]與實(shí)際情況的指數(shù)響應(yīng)非常吻合。因此根據(jù)此前討論的線性模型,交流電流Z與二極管交流電壓Vd呈線性關(guān)系.
gd為二極管的有效交流跨導(dǎo);rd為二極管的等效交流電阻。二極管的小信號(hào)響應(yīng)可以利用由熱電壓V。和直流偏置電流ID比例決定的電阻(即l/gd)來(lái)等效。針對(duì)大信號(hào)的情況,P型和N型硅電阻條會(huì)在本征器件上引進(jìn)額外的寄生電阻Rr,和Rx(即體電阻),圖2.8(c)中的完整小信號(hào)模型包含了該電阻。通常情況下,非本征器件都非常小,因此一階分析和設(shè)計(jì)時(shí)都可忽略不計(jì),但是在仿真和最壞工藝角分析中卻不能忽略。
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