Warum sollte der unterschwellige Swing-Wert klein sein?

Aus dem folgenden Link geht hervor, dass ein kleiner Wert des Unterschwellenhubs in MOSFETs impliziert, dass es ein besseres Ein-Aus-Stromverhältnis gibt. Aber eine kleine Unterschwellenschwingung würde eine große Unterschwellensteigung implizieren, und daher wird es bei Unterschwellenwerten von Vgs einen größeren Stromwert geben als bei einer kleineren Unterschwellensteigung. Daraus sollte folgen, dass die statische Verlustleistung höher sein wird. Ist das nicht eine unerwünschte Eigenschaft? Warum ist außerdem ein besseres Ein-Aus-Stromverhältnis wünschenswert und wie rechtfertigt man, dass ein höherer Unterschwellenwert zu einem verbesserten Ein-Aus-Stromverhältnis führt?

Die Quelle meiner Informationen: http://www.iue.tuwien.ac.at/phd/stockinger/node13.html#e:sts

"große Steilheit unter dem Schwellenwert und daher bei Unterschwellenwerten von Vgs ein größerer Stromwert als sonst" <- Warum? Wenn eine Linie eine positive Steigung hat und Sie im Diagramm weiter nach links gehen, sinkt der y-Wert. Wenn die Steigung zunimmt, geht es noch weiter nach unten . Der y-Wert wäre in diesem Fall aktuell.
Alte Herzschrittmacher verwenden viele unterschwellige FETs.
Meine Wortwahl war da wohl dürftig. Ich habe die Beschreibung bearbeitet, um hoffentlich zu vermitteln, was ich meine. Ich wollte damit sagen, dass sich der Strom bei einem höheren Wert der Unterschwellensteigung mehr pro Änderungseinheit in Vgs ändert. Und genau das wollen wir nicht, denn ein idealer MOSFET hat keine Variation von Id(=0) in Bezug auf Vgs im Unterschwellenbereich. Ich hoffe wirklich, dass ich keinen dummen, mathematischen Fehler mache.
@Amogh Ich denke, es hängt davon ab, was Sie unter "idealem Mosfet" verstehen, aber wenn Sie nicht ein überhaupt nicht reales Schrittfunktionsmodell meinen, ändert sich der Strom im Unterschwellenbereich und hat einen minimalen Unterschwellenhub um 60 V / dez. bei Zimmertemp.
Das sollten 60 mV/dec sein

Antworten (2)

Sie möchten einen sehr kleinen Unterschwellenhub S, dh Sie möchten, dass für eine Dekadenvariation des Drainstroms eine sehr kleine Vgs-Variation erforderlich ist.

Bei herkömmlichen (dh nicht tunnelbasierten) FETs ist die untere Grenze von S auf 60 mV/dec (bei Raumtemperatur, 300 K) eingestellt, da es sich um einen diffusionsbegrenzten Prozess handelt. Dies wird mit einer unendlichen Cox-Kapazität (Gate-Oxid) (dh niemals) oder mit einem Doppel-Gate-MOSFET erreicht.

Dies führt zu einem großen Ion/Ioff-Verhältnis.

Sie wollen ein unendliches (dh möglichst großes) Ion/Ioff, weil:

  • Geschwindigkeitsanforderungen (in der Logik) oder Strombelastbarkeit (in Leistungs-MOSFETs) bestimmen das minimale Ion. Je größer Ion/Ioff ist, desto kleiner ist die statische Verlustleistung aufgrund von Lecks im Aus-Zustand.

  • Anforderungen an den DC-Pegel. Stellen Sie sich einen Wechselrichter vor: Sie können ihn als eine Reihe von zwei Widerständen annähern. Ein Widerstand hat einen hohen Wert (weil sein MOSFET im Aus-Zustand ist), der andere einen niedrigeren Wert (weil sein MOSFET im Ein-Zustand ist). Je größer Ion/Ioff, desto größer das Verhältnis zwischen diesen beiden Ersatzwiderständen, desto besser der Ausgangspegel.

"Sie möchten einen sehr kleinen Unterschwellenhub S, dh Sie möchten, dass für eine Dekadenvariation des Drainstroms eine sehr kleine Vgs-Variation erforderlich ist." Zeigt dies nicht eine Abweichung von den Eigenschaften des idealen MOSFET an, bei dem 0 Id für Vgs<Vt ist?
Sie sehen dieses Phänomen von 0 bis Vth, und vielleicht ist dies die Quelle Ihrer Verwirrung. Mal sehen in die entgegengesetzte Richtung! Bei Vgs> Vth möchten Sie, dass Ihr MOSFET eingeschaltet ist. Nehmen wir an, 300 mV unter Vth möchten Sie, dass der Drain-Strom so klein wie möglich ist. Wenn S 300 mV/dec beträgt (sehr schlechter Mosfet), ist der Strom nur 10-mal kleiner als bei Vgs = Vt. Wenn S = 60 mV/dec (bester Mosfet, auf den Sie hoffen können), beträgt der Strom nur 1/10 ^ 5 des Werts bei Vgs = Vt. Je kleiner S, desto besser der Sperrstrom.
Interessant! Das Verschieben der Referenz rückt alles in eine andere Perspektive! Betrachten Sie jedoch einen nMOS-Transistor A mit Id bei Vgs = Vt als X nA und einen anderen MOS-Transistor B mit Id bei Vgs = Vt als X + x nA. Für mich ist A der bessere Transistor. Nehmen wir nun an, B hätte einen kleineren unterschwelligen Swing; würde B immer noch als der bessere Transistor angesehen werden?
Ich bin verwirrt: Wenn der Transistor B bei Vgs = Vt einen größeren Strom und auch einen kleineren Unterschwellenhub hat, ist es natürlich besser. Vielleicht übersehe ich etwas?
Reden wir über Technologie/Prozess und nicht über den fertigen Transistor. Lassen Sie uns das Breite/Länge-Seitenverhältnis des Kanals festlegen (B/L=Z). Es gibt Prozesse, die einen hohen Strom, aber schlechte Steigungen unter der Schwelle (bei gleichem W/L) zulassen. Diese wären sehr nützlich, beispielsweise für Leistungsanwendungen oder vielleicht HF. Es gibt andere, die kleinere Strömungen, aber einen besseren Schwung aufweisen. Diese können für niedrige Leistung oder digital oder analog nützlich sein. Was sich mit dem Unterschwellenwert ändert, ist das Ion/Ioff-Verhältnis, sobald Vdd definiert ist. Die Frage ist: Kann man mit einem kleinen Ion/Ioff leben? Manche Anwendungen können das, andere nicht.

Aus dem folgenden Link geht hervor, dass ein kleiner Wert des Unterschwellenhubs in MOSFETs impliziert, dass es ein besseres Ein-Aus-Stromverhältnis gibt.

Ob ein besserer (kleinerer) Unterschwellenhub ein besseres (höheres) Ein-Aus-Stromverhältnis impliziert oder nicht, hängt von Ihrer Definition des Sperrstroms ab. Leute, die Artikel veröffentlichen und versuchen, mit ihrem erstaunlichen Ein-Aus-Stromverhältnis zu prahlen, werden den Aus-Zustand-Strom als den kleinsten Strom ansehen, den sie jemals von ihrem Gerät messen können. In diesem Fall beeinflußt der unterschwellige Hub das Ein-Aus-Stromverhältnis nicht.

Vielleicht würde ein nützlicherer Strom im ausgeschalteten Zustand einen Wert von haben v G wo Sie das Gerät bedienen werden. In diesem Fall reduziert ein verbesserter Unterschwellenhub den Strom, vorausgesetzt, alle anderen Parameter bleiben konstant.

Aber eine kleine Unterschwellenschwingung würde eine große Unterschwellensteigung implizieren

Richtig.

und daher gibt es bei Unterschwellenwerten von Vgs einen größeren Stromwert als sonst.

Falsch. Eine höhere Steilheit unter dem Schwellwert bedeutet, dass für alle ein kleinerer Stromwert vorhanden ist v G < v T (bis zum Leckboden) als sonst, wenn alle anderen Parameter konstant sind.

Warum ist auch ein besseres Ein-Aus-Stromverhältnis wünschenswert?

Ein besseres Ein-Aus-Stromverhältnis ist wünschenswert, da für einen gegebenen erforderlichen Durchlassstrom Ihr Aus-Zustand-Leckstrom reduziert wird. In einem IC mit Millionen von Transistoren summiert sich jeder noch so kleine Leckstrom und kann erheblich werden. Dies ist einer der wichtigsten einschränkenden Faktoren bei den Anforderungen an die Stromversorgung moderner Prozessoren.

und wie rechtfertigt man, dass ein höherer unterschwelliger Swing-Wert zu einem verbesserten Ein-Aus-Stromverhältnis führt?

Dies hängt wiederum von Ihrer Definition des Sperrstroms ab, wie oben beschrieben. Dies gilt nur, wenn Sie den Sperrstrom auf einen bestimmten Wert von definieren v G .

Warum sollte der unterschwellige Swing-Wert klein sein?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v