尋求在電路設(shè)計中實現(xiàn)更低的工作電壓和更低的功耗水平是一種趨勢，這給電氣工程師帶來了艱巨的挑戰(zhàn)，因為他們遇到了基本半導體器件特性對他們施加的限制。長期以來，工程師們一直將這些特性視為基本特性，并可能阻止他們最大限度地擴大可用電壓范圍，否則會使新電路取得成功。

現(xiàn)在，隨著具有電可編程閾值 (EPAD) 的 MOSFET 匹配對陣列的推出，模擬設(shè)計人員有了新的選擇。通常，設(shè)計人員處理的關(guān)鍵約束之一是基本晶體管級的柵極閾值電壓。EPAD MOSFET 陣列引入的范例是現(xiàn)在可以精確控制柵極閾值電平，因此模擬設(shè)計人員現(xiàn)在可以擺脫以前限制設(shè)計解決方案的一些限制。

本文是對 EPAD MOSFET 的介紹。它描述了具有精確設(shè)置柵極閾值電壓值的器件——包括零閾值模式、增強模式和耗盡模式。此外，還提出了新穎的電路設(shè)計，以說明如何在實際水平上使用這些設(shè)備。所提供的簡短電路描述旨在激發(fā)思考電路設(shè)計的新方法，以及如何實現(xiàn)這些新設(shè)備以實現(xiàn)無法實現(xiàn)或極不可能的結(jié)果。

一般說明

EPAD MOSFET 匹配對陣列包括單片四/雙 N 通道零閾值模式、增強模式和耗盡模式器件。這些 MOSFET 在出廠時已精確匹配。該產(chǎn)品系列提供嚴格控制的閾值電壓，范圍從 +1.40V 的增強模式值到 0.00V 的零閾值，再到 –3.50V 的耗盡值。閾值電壓的嚴格控制使晶體管能夠在非常低的電壓和電流下進行可預(yù)測的操作。由于其獨特的特性，這些 MOSFET 可以解決以前沒有實際解決方案的各種設(shè)計問題。

該 MOSFET 陣列系列的獨特成員是零閾值 MOSFET。該器件與該產(chǎn)品系列的其他極低閾值電壓成員一起構(gòu)成了一類 MOSFET 器件，可實現(xiàn)超低電源電壓操作和納米功率小信號電路設(shè)計，適用于模擬或數(shù)字電路。在某些情況下，可以實現(xiàn)依賴于單個超低電壓和低功率電源的電路。

該產(chǎn)品系列提供三種獨立的操作模式類別，每種都提供一組截然不同的設(shè)備電氣規(guī)格和特性。ALD110800/ALD110900 產(chǎn)品是零閾值模式 EPAD MOSFET。ALD1108xx/ALD1109xx 產(chǎn)品是增強型 EPAD MOSFET，而 ALD1148xx/ALD1149xx 產(chǎn)品是耗盡型 EPAD MOSFET。

作為基本的電路設(shè)計構(gòu)建模塊，該產(chǎn)品系列的每個成員都可以以多種方式應(yīng)用。每個產(chǎn)品類別都可以實現(xiàn)電路設(shè)計的不同應(yīng)用，并可能導致截然不同的終端電路及其相關(guān)的性能特征。它們特別適用于各種模擬應(yīng)用的設(shè)計組件，包括電流源和電流鏡、差分放大器輸入級、傳輸門和多路復(fù)用器。

“零閾值”模式設(shè)備

零閾值 MOSFET 是 EPAD MOSFET 系列中的一種特殊情況，其中每個 MOSFET 的單獨閾值電壓固定為零。這些器件的獨特之處在于使用電氣閾值設(shè)置來提供非常低的電壓開關(guān)，具有與傳統(tǒng) MOSFET 相似的急劇關(guān)斷和非常低的泄漏特性。

當柵極電壓 Vgs=0.00V 時，零閾值電壓定義為 Ids =1μA @ Vds=0.1V。從技術(shù)上講，這些零閾值器件在高于閾值電壓和電流水平(>0.0V 和 >1μA)時是增強型器件。但是，它也可以用作常開 MOSFET，因為該器件正在傳導電流，并且即使在柵極電壓為 0.0V 時也會像固定電阻器一樣工作。柵極處的調(diào)制信號電壓可以調(diào)制漏極電流，甚至可以調(diào)制到負柵極電壓電平，降至約 –0.4V 的亞閾值電壓電平，此時晶體管完全關(guān)閉。

零閾值 MOSFET 減少或消除了信號以 GND 或 V+ 為參考的電路中的輸入到輸出電壓電平偏移。此功能可以顯著降低輸出信號電平相對于輸入電平的偏移，并擴大工作信號范圍，尤其是在工作電壓極低的環(huán)境中。使用零閾值器件，可以構(gòu)建具有多級的模擬電路，以在極低的電源或偏置電壓水平下運行。

增強模式設(shè)備

ALD1108xx/ALD1109xx 產(chǎn)品是增強型 EPAD MOSFET 器件，需要正偏置電壓才能開啟。+1.50V、+0.80V、+0.20V 等精密閾值作為標準產(chǎn)品提供。在施加的柵極電壓為零時，源極和漏極之間不存在導電溝道。每個產(chǎn)品的閾值電壓電平對電路偏置電壓和電流條件都有影響。不同產(chǎn)品成員的選擇會影響確定輸入或輸出信號電平所需的設(shè)計技術(shù)、可以實現(xiàn)的電路類型，在某些情況下還會影響系統(tǒng)的工作電源電壓。閾值電壓的精度有助于依靠具有嚴格設(shè)計容差裕度的可重復(fù)電氣特性的設(shè)計。這種精確的閾值電壓特性使設(shè)計能夠簡化或降低設(shè)計以及后續(xù)電路階段的電路復(fù)雜性。在某些情況下，電源電壓和電源電流也可以大大降低。