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[求助] 对MOS管的W/L的理解

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发表于 2022-1-26 10:50:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
20资产
今天突然看到这段话,我有点不太理解W/L对于速度的关系。为什么说L一定时,W越大,速度越快...这样会使gm变大...但是跟速度有啥关系呢...该从哪个角度理解呀?(W一定时,L越小,速度越快...我也没太清楚从哪个角度理解...)
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从公式 线性区和饱和区 Ids正比于W/L 你就能看出来 W/L越大 IDS越大, 但是信号翻转过程线性/饱和/截止都有 扯入gm没啥意义 直接意识到W/L越大充放电电流越大就好了 传递的信号速率也就越大 功耗=U*AVG(I) 也就越大
发表于 2022-1-27 10:58:14 | 显示全部楼层


gtfei 发表于 2022-1-27 09:39
从公式 线性区和饱和区  Ids正比于W/L   你就能看出来  W/L越大 IDS越大,    但是信号翻转过程线性/饱和 ...


我们来理清下思路,从学术上讲,而不是“感觉上”。跨导确实和速度有关系。
1 器件速度的影响因素可以分为两类,门信号延迟(gatedelay)和互连层RC延迟(RC delay)。早期技术节点中,gatedelay占主导地位。随着CMOS技术的发展,gatedelay因素减小,RCdelay愈发严重(主要从0.25um节点开始)。接下来我会分析RCdelay。
2 RC delay顾名思义,影响因素是电阻和电容。降低RCdelay的方式也有两种,降低阻抗R和降低容抗C。
①电阻R=导线材料电阻率*电流方向导线长度/导线截面积。其中长度和截面积在MOSFETscaling中是已经确定的重要参数,所以降低R的最好方式是降低电阻率。所以,在0.18um和0.13um的节点,铜互连线取代了铝互连线技术。现在5nm、3nm都是铜互连线(掺杂了些其他金属)。顺便一提,下一代互连线的技术方向是Ru钌。
②容抗C=介电常数*导线之间的正对面积/导线之间距离。同理,面积和距离是已经确定的重要参数,所以降低C的最好方式是降低介质层的介电常数。所以随着半导体工艺的发展,介电常数不断降低。
3 第2点讲述了从工艺侧考量的加快电路速度的方法,接下来从device特性进行分析。当RC已经确定时,device驱动能力越大,代表Ion越大,充放电速度越快,也就是device速度越快。这里需要注意的是,前提条件是RC不变。如果通过修改device的结构,增大Ion的同时导致RC更大,或许得不偿失。这里的理论分析属于PPA分析,即power、performance、area分析,分析的工具有hspice和TCAD等。所以不能单纯的只盯住W/L这个点,应该更全面的对device特性进行分析。

4 那么跨导和电路速度的关系如何理解?首先跨导gm的定义为Ids对Vg的求导,表征了Vg单位变化量引起的Ids变化量,所以影响gm的因素可以从Ids与Vg的关系式中找出,即迁移率、栅氧厚度、W/L。加大gm可以提高device的驱动能力,从而提高电路速度。

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发表于 2022-1-26 10:50:01 | 显示全部楼层


北风1号 发表于 2022-1-26 17:25
您好您好,请问我是不是可以这么理解:W/L越大,gm越大,饱和区的Ids也就越大,给负载电容充放电的速度越 ...


从公式 线性区和饱和区  Ids正比于W/L   你就能看出来  W/L越大 IDS越大,    但是信号翻转过程线性/饱和/截止都有   扯入gm没啥意义   直接意识到W/L越大充放电电流越大就好了   传递的信号速率也就越大     功耗=U*AVG(I)    也就越大


点评

理解明显有错误;可以收费把你解决该问题;  发表于 2022-1-29 14:15
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发表于 2022-1-26 11:17:29 | 显示全部楼层
你把速度和导通电流结合起来理解就好了,对于普通门级电路,假设电容负载恒定,你的充放电电流(沟道电流)越大,充放电的速度也就越快了,也就是你信号的上升下降沿就越小,自然也就支持更高速的信号
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发表于 2022-1-26 11:35:52 | 显示全部楼层
没啥问题啊,速度是什么,不就是电容充电的时间吗,电流越大充电时间越短速度不久越快
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发表于 2022-1-26 13:58:02 | 显示全部楼层
速度,也可以说是特征频率,定义为源和漏断交流接地时,器件的小信号电流增益下降为1时的频率。fT=gm/(2*Pi*(CGD+CGS))
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发表于 2022-1-26 15:52:40 | 显示全部楼层
这里的速度指的应该是给负载充放电的速度,它用了标准单元库的例子来说明,我也举个这方面的例子,例如一个最简单的反相器,输出端有一个负载电容到地,那这里的速度就指的是当输入端的电压变化时,输出端电压从高到低或者从低到高的时间。
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 楼主| 发表于 2022-1-26 17:25:08 | 显示全部楼层


gtfei 发表于 2022-1-26 11:17
你把速度和导通电流结合起来理解就好了,对于普通门级电路,假设电容负载恒定,你的充放电电流(沟道电流) ...


您好您好,请问我是不是可以这么理解:W/L越大,gm越大,饱和区的Ids也就越大,给负载电容充放电的速度越快。还请您指教。
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 楼主| 发表于 2022-1-26 21:59:33 | 显示全部楼层


gongzhe1231 发表于 2022-1-26 11:35
没啥问题啊,速度是什么,不就是电容充电的时间吗,电流越大充电时间越短速度不久越快 ...


您好,请问我是不是可以这么理解:W/L越大,gm越大,饱和区的Ids也就越大,给负载电容充放电的速度越快。还请您指教。

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 楼主| 发表于 2022-1-27 20:36:51 | 显示全部楼层


搓芯片的酋长 发表于 2022-1-27 10:58
我们来理清下思路,从学术上讲,而不是“感觉上”。跨导确实和速度有关系。1 器件速度的影响因素可以分为 ...


哇塞 谢谢您谢谢您!
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