使用超低电压 MOSFET 阵列进行设计，第二部分EPAD MOSFET 关键性能特征

EPAD MOSFET 专为实现器件电气特性的出色匹配而设计。这些器件专为实现最小失调电压和差分热响应而构建。由于集成在同一块单片芯片上，它们还具有出色的温度系数跟踪特性。

这些 EPAD MOSFET 器件专为低电压(1V 至 10V 或 +/-0.5V 至 +/-5V)或超低电压(低于 1V 或 +/-0.5V)系统中的开关和放大应用而设计。这些器件还具有低输入偏置电流，除了成对的电气特性外，每个单独的 EPAD MOSFET 还具有严格控制的参数，从而实现可靠且严格的设计限制。例如，对于 Vgs(th) 范围为 +/-0.3V 的传统 MOSFET，设计必须允许在 Vgs = Vds = 2.0V 时 Ids 范围为 +/- 0.4 mA。然而，使用 Vgs(th) 范围为 +/- 0.01V 的 ALD110808，设计必须允许 Ids 范围仅为大约 +/- 0.01 mA。即使来自不同制造批次的单元也具有相应的匹配良好的特性。因此，这些器件非常适合需要在同一封装中或不同封装中的多个器件之间进行匹配的应用。

EPAD MOSFET 应用环境

· 低电压：1V 至 10V 或 +/- 0.5V 至 +/- 5V

· 超低电压：小于 1V 或 +/- 0.5V

· 低功耗：电压 x 电流 = 以微瓦为单位测量的功率

· Nanopower：电压 x 电流 = 以纳瓦为单位测量的功率

· 精密匹配和跟踪电路

EPAD MOSFET I-V 特性

显示了 EPAD MOSFET 阵列系列的电气特性。描绘了 EPAD MOSFET 导通漏极电流与漏极电压特性的关系，它是等于或高于阈值电压的栅极电压的函数。由于阈值电压受到精确控制，与典型的传统 MOSFET 相比，给定栅极电压输入下的漏极电流控制更加均匀。

应该注意的是，EPAD MOSFET 阵列系列的所有成员都符合标准 MOSFET 行为，可以在使用传统 n 沟道 MOSFET 的地方使用。关键的差异化因素在于，当 Vgs(th) 现在是一个精确控制的参数时，电路和系统中的许多新设计拓扑图和设计技术现在成为可能。这是一个可能在第一印象中并不明显的启示。然而，过去接受某些设计挑战但遇到基本障碍的工程师可能希望重新审视这些死胡同的结果，因为现在通过这些 EPAD MOSFET 提供给他们的支持技术可以让他们进入实际的电路实施阶段.

由以下等式近似得出的经典 MOSFET 器件行为也适用于 EPAD MOSFET。对于 EPAD MOSFET，线性区域中的漏极电流(其中 Vds < vgs="" –="" vgs(th))="" is="" given="" by:="">

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

k = u。Cox

u 是载流子迁移率

Cox 是栅电极单位面积的电容

Vgs 是栅源电压

Vth 是导通阈值电压

Vds 是漏源电压

W 和 L 分别是沟道宽度和沟道长度

对于较小的 Vds 值，Vds 与 Ids 的关系近似于线性电阻器的关系。Ids 值与 Vds 值成正比，该器件可用作栅极电压控制电阻器。

对于较高的 Vds 值，其中 Vds >= Vgs – Vgs(th)，EPAD MOSFET 的沟道处于器件特性的夹断区，饱和电流 Ids 近似由下式给出：

Ids = (kW/L)。[Vgs – Vgs(th)] 2

EPAD MOSFET 亚阈值电压操作

在阈值电压或阈值电压以下时，EPAD MOSFET 在称为亚阈值区域的工作区域中表现出关断特性。这是一个 EPAD MOSFET 传导通道作为施加的栅极电压的函数快速关闭的区域。栅电极上的栅极电压感应的沟道呈指数下降，因此导致漏极电流呈指数下降。然而，通道不会随着栅极电压的降低而突然关闭，而是以每十年电流降低约 110 mV 的固定速率降低。

因此，例如，如果 EPAD MOSFET 器件的阈值电压为 0.2V，则其漏极电流 Ids 在 Vgs = 0.2V 时为 1μA (Vds = 0.1V)。在 Vgs = 0.09V 时，Ids 降至 0.1μA。由此推断，在 Vgs = -0.02V 时，漏极电流为 0.01 μA(或 10 nA);Vgs = –0.13V 时为 1nA;等等。

显示了 MOSFET 阵列系列的所有成员，它们具有适当的平行亚阈值曲线，这些曲线根据产品的不同 Vgs(th) 进行线性调整。是 Ids 与 Vgs 的曲线，其中 Vgs 是相对于 Vgs(th) 表示的。这种亚阈值曲线行为适用于 EPAD MOSFET 系列的所有成员。

在电路设计人员定义为“零电流”的漏极电流处，现在可以计算和估算零电流下的 Vgs 电压。例如，如果特定设计的零电流指定为 10 nA，则该电流水平下的 Vgs 电压大约比 Vgs(th) 低 220 mV。请注意，在这个 Vgs(th) = 0.2V 的示例中，当栅极处于零伏(接地)时，其 ID 仍徘徊在 20 nA 左右。

通过精确控制 EPAD MOSFET 中的 Vgs(th)，现在可以更轻松地在亚阈值区域偏置和操作 EPAD MOSFET。当考虑到适当的设计余量并使用适当的电路设计时，可以在该亚阈值区域中偏置设备并以模拟模式或数字模式运行。

在亚阈值区域操作的一些关键特征和注意事项是：

* 非常低的工作电源电压

* 非常低的信号电压摆幅

* 涉及的工作电流水平非常低

* 超低功耗

* 无需使用高值电阻器即可在输入和输出端实现非常高的阻抗

* 指数 I 到 V 特性

* 独特的跨导行为设备在这个操作区域。