使用超低電壓 MOSFET 陣列進行設計，第二部分EPAD MOSFET 關鍵性能特征

EPAD MOSFET 專為實現器件電氣特性的出色匹配而設計。這些器件專為實現最小失調電壓和差分熱響應而構建。由于集成在同一塊單片芯片上，它們還具有出色的溫度系數跟蹤特性。

這些 EPAD MOSFET 器件專為低電壓(1V 至 10V 或 +/-0.5V 至 +/-5V)或超低電壓(低于 1V 或 +/-0.5V)系統(tǒng)中的開關和放大應用而設計。這些器件還具有低輸入偏置電流，除了成對的電氣特性外，每個單獨的 EPAD MOSFET 還具有嚴格控制的參數，從而實現可靠且嚴格的設計限制。例如，對于 Vgs(th) 范圍為 +/-0.3V 的傳統(tǒng) MOSFET，設計必須允許在 Vgs = Vds = 2.0V 時 Ids 范圍為 +/- 0.4 mA。然而，使用 Vgs(th) 范圍為 +/- 0.01V 的 ALD110808，設計必須允許 Ids 范圍僅為大約 +/- 0.01 mA。即使來自不同制造批次的單元也具有相應的匹配良好的特性。因此，這些器件非常適合需要在同一封裝中或不同封裝中的多個器件之間進行匹配的應用。

EPAD MOSFET 應用環(huán)境

· 低電壓：1V 至 10V 或 +/- 0.5V 至 +/- 5V

· 超低電壓：小于 1V 或 +/- 0.5V

· 低功耗：電壓 x 電流 = 以微瓦為單位測量的功率

· Nanopower：電壓 x 電流 = 以納瓦為單位測量的功率

· 精密匹配和跟蹤電路

EPAD MOSFET I-V 特性

顯示了 EPAD MOSFET 陣列系列的電氣特性。描繪了 EPAD MOSFET 導通漏極電流與漏極電壓特性的關系，它是等于或高于閾值電壓的柵極電壓的函數。由于閾值電壓受到精確控制，與典型的傳統(tǒng) MOSFET 相比，給定柵極電壓輸入下的漏極電流控制更加均勻。

應該注意的是，EPAD MOSFET 陣列系列的所有成員都符合標準 MOSFET 行為，可以在使用傳統(tǒng) n 溝道 MOSFET 的地方使用。關鍵的差異化因素在于，當 Vgs(th) 現在是一個精確控制的參數時，電路和系統(tǒng)中的許多新設計拓撲圖和設計技術現在成為可能。這是一個可能在第一印象中并不明顯的啟示。然而，過去接受某些設計挑戰(zhàn)但遇到基本障礙的工程師可能希望重新審視這些死胡同的結果，因為現在通過這些 EPAD MOSFET 提供給他們的支持技術可以讓他們進入實際的電路實施階段.

由以下等式近似得出的經典 MOSFET 器件行為也適用于 EPAD MOSFET。對于 EPAD MOSFET，線性區(qū)域中的漏極電流(其中 Vds < vgs="" –="" vgs(th))="" is="" given="" by:="">

Id= (kW/L).[Vgs – Vgs(th) – Vds/2].Vds

k = u。Cox

u 是載流子遷移率

Cox 是柵電極單位面積的電容

Vgs 是柵源電壓

Vth 是導通閾值電壓

Vds 是漏源電壓

W 和 L 分別是溝道寬度和溝道長度

對于較小的 Vds 值，Vds 與 Ids 的關系近似于線性電阻器的關系。Ids 值與 Vds 值成正比，該器件可用作柵極電壓控制電阻器。

對于較高的 Vds 值，其中 Vds >= Vgs – Vgs(th)，EPAD MOSFET 的溝道處于器件特性的夾斷區(qū)，飽和電流 Ids 近似由下式給出：

Ids = (kW/L)。[Vgs – Vgs(th)] 2

EPAD MOSFET 亞閾值電壓操作

在閾值電壓或閾值電壓以下時，EPAD MOSFET 在稱為亞閾值區(qū)域的工作區(qū)域中表現出關斷特性。這是一個 EPAD MOSFET 傳導通道作為施加的柵極電壓的函數快速關閉的區(qū)域。柵電極上的柵極電壓感應的溝道呈指數下降，因此導致漏極電流呈指數下降。然而，通道不會隨著柵極電壓的降低而突然關閉，而是以每十年電流降低約 110 mV 的固定速率降低。

因此，例如，如果 EPAD MOSFET 器件的閾值電壓為 0.2V，則其漏極電流 Ids 在 Vgs = 0.2V 時為 1μA (Vds = 0.1V)。在 Vgs = 0.09V 時，Ids 降至 0.1μA。由此推斷，在 Vgs = -0.02V 時，漏極電流為 0.01 μA(或 10 nA);Vgs = –0.13V 時為 1nA;等等。

顯示了 MOSFET 陣列系列的所有成員，它們具有適當的平行亞閾值曲線，這些曲線根據產品的不同 Vgs(th) 進行線性調整。是 Ids 與 Vgs 的曲線，其中 Vgs 是相對于 Vgs(th) 表示的。這種亞閾值曲線行為適用于 EPAD MOSFET 系列的所有成員。

在電路設計人員定義為“零電流”的漏極電流處，現在可以計算和估算零電流下的 Vgs 電壓。例如，如果特定設計的零電流指定為 10 nA，則該電流水平下的 Vgs 電壓大約比 Vgs(th) 低 220 mV。請注意，在這個 Vgs(th) = 0.2V 的示例中，當柵極處于零伏(接地)時，其 ID 仍徘徊在 20 nA 左右。

通過精確控制 EPAD MOSFET 中的 Vgs(th)，現在可以更輕松地在亞閾值區(qū)域偏置和操作 EPAD MOSFET。當考慮到適當的設計余量并使用適當的電路設計時，可以在該亞閾值區(qū)域中偏置設備并以模擬模式或數字模式運行。

在亞閾值區(qū)域操作的一些關鍵特征和注意事項是：

* 非常低的工作電源電壓

* 非常低的信號電壓擺幅

* 涉及的工作電流水平非常低

* 超低功耗

* 無需使用高值電阻器即可在輸入和輸出端實現非常高的阻抗

* 指數 I 到 V 特性

* 獨特的跨導行為設備在這個操作區(qū)域。