CN102998513A - 一种mos管阈值电压测试电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MOS管阈值电压测试电路。本电路通过测试PMOS管和NMOS管不同组合时的阈值电压，或者测试同一组合的多组电压值，然后根据组合的形式，算出MOS管阈值电压的平均值，如此可以得到MOS管实际的阈值电压，给高精度模拟电路设计提供了可靠的参考，同时对代工厂提供的仿真模型的准确性也有一个直观的把握，给后续的电路设计实现提供了依据。

Description

一种MOS管阈值电压测试电路

技术领域

本发明主要涉及测试电路的设计领域，特指一种MOS管阈值电压测试电路。 

背景技术

在现在的模拟CMOS集成电路设计中，特别是在一些高精度电路设计，如精密仪器或者微弱信号测量等芯片，都需要高精度的ADC或者DAC，他们对电压特别敏感，通常需要很精确的参考电压，对于某些开关电容电路，甚至需要明确的知道MOS管的阈值电压，而工艺厂家提供的仿真模型中MOS管阈值电压不是每一种尺寸都是经过实际测试得到的，大部分都是经过曲线拟合得到的仿真参数，对于一些特殊的电路尺寸或者特殊的电路形式，明确的知道其阈值电压可以给设计提供很重要的参考，此时，只有针对电路实际的管子尺寸和电路结构设计相应的测试电路，同时可以根据测试结果对代工厂提供的仿真模型的准确性有一个直观的把握。 

发明内容

本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的问题，提出一种MOS管阈值电压测试电路。本发明提出的解决方案为：本电路通过测试PMOS管和NMOS管不同组合时的阈值电压，或者测试同一组合的多组电压值，然后根据组合的形式，算出MOS管阈值电压的平均值，如此可以得到MOS管实际的阈值电压，给高精度模拟电路设计提供了可靠的参考，同时可以对代工厂提供的仿真模型的准确性也有一个直观的把握，给后续的电路设计和调试提供了依据。 

附图说明

图1是本发明的电路原理示意图； 

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施对本发明做进一步详细说明。 

如图1所示，电阻R是限流电阻，电路有n种测试情况，即Case₁、Case₂……Case_n，开关K₁、K₂、K₃……K_n同时只有一个闭合，其余都是断开的。对于Case₁到Case₆可以看成是一组测试单个MOS管阈值电压的测试组合，其中PMOS管M1、M3、M4、M7和M10的尺寸相同，NMOS管M2、M5、M6、M8和M9的尺寸相同，MOS管的具体尺寸可以根据需要设置。PMOS管和NMOS管的阈值电压分别用V_THP、V_THN表示，则 

◆当只闭合K₁时 

V_TP1＝|V_THP1|    (1) 

◆当只闭合K₂时 

V_TP2＝V_THN2    (2) 

◆当只闭合K₃时 

V_TP3＝|V_THP3+V_THP4|    (3) 

◆当只闭合K₄时 

V_TP4＝V_THN5+V_THN6    (4) 

◆当只闭合K₅时 

V_TP5＝|V_THP7|+V_THN8    (5) 

◆当只闭合K₆时 

V_TP6＝V_THN9+|V_THP10|    (6) 

根据式(1)和式(3)可得， 

$V_{\mathrm{THP}-1}=\frac{V_{\mathrm{TP}1}+V_{\mathrm{TP}3}}{3}---\left(7\right)$

根据式(2)和式(4)可得， 

$V_{\mathrm{THN}-1}=\frac{V_{\mathrm{TP}2}+V_{\mathrm{TP}4}}{3}---\left(8\right)$

假设V_THN-1=V_THN8=VTHN9并将其带入式(5)、式(6)可得 

$V_{\mathrm{THP}7}=V_{\mathrm{TP}5}-\frac{V_{\mathrm{TP}2}+V_{\mathrm{TP}4}}{3}---\left(9\right)$

$V_{\mathrm{THP}10}=V_{\mathrm{TP}6}-\frac{V_{\mathrm{TP}2}+V_{\mathrm{TP}4}}{3}---\left(10\right)$

则待测PMOS管的阈值电压为 

$V_{\mathrm{THP}}=\frac{V_{\mathrm{THP}-1}+V_{\mathrm{THP}7}+V_{\mathrm{THP}10}}{3}=\frac{\frac{V_{\mathrm{TP}1}+V_{\mathrm{TP}3}}{3}+V_{\mathrm{TP}5}-\frac{V_{\mathrm{TP}2}+V_{\mathrm{TP}4}}{3}+V_{\mathrm{TP}6}-\frac{V_{\mathrm{TP}2}+V_{\mathrm{TP}4}}{3}}{3}---\left(11\right)$

同理，假设V_THP-1=V_THP7=V_THP10并将其带入式(5)、式(6)可得 

$V_{\mathrm{THN}8}=V_{\mathrm{TP}5}-\frac{V_{\mathrm{TP}1}+V_{\mathrm{TP}3}}{3}---\left(12\right)$

$V_{\mathrm{THN}9}=V_{\mathrm{TP}6}-\frac{V_{\mathrm{TP}1}+V_{\mathrm{TP}3}}{3}---\left(13\right)$

则待测NMOS管的阈值电压为 

$V_{\mathrm{THN}}=\frac{V_{\mathrm{THN}-1}+V_{\mathrm{THN}8}+V_{\mathrm{THN}9}}{3}=\frac{\frac{V_{\mathrm{TP}2}+V_{\mathrm{TP}4}}{3}+V_{\mathrm{TP}5}-\frac{V_{\mathrm{TP}1}+V_{\mathrm{TP}3}}{3}+V_{\mathrm{TP}6}-\frac{V_{\mathrm{TP}1}+V_{\mathrm{TP}3}}{3}}{3}---\left(14\right)$

如此即可通过测试得到待测MOS管的阈值电压。为了保证结果的可靠性，可以测试多组值进行平均，另外可以改变测试环境的温度，即可测量MOS管阈值电压的温度系数；在图1中只列出了6种测试情况，可以根据具体需要设计n种测试电路结构，或者n种MOS管尺寸，其求均值的方法可以采取多种方式，上述描述只是其中一种方式。 

综上所述，本电路可以测试MOS管实际的阈值电压，给高精度模拟电路设计提供了可靠的参考依据，同时可以对代工厂提供的仿真模型的准确性也有一个直观的把握，给后续的电路设计和调试提供了依据。 

Claims (1)

1.一种MOS管阈值电压测试电路，其特征在于：

一个限流电阻R一端接电源VDD，另一端接电压测试点TP，测试点TP同时与开关K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆……K_n的一端相连接；Case₁、Case₂、Case₃、Case₄、Case₅、Case₆……Case_n是不同的测试电路结构，其中的MOS管都是栅漏短接的二极管连接方式，衬底都是和源极接一起；开关K₁的一端连接TP，另一端连接Case₁中PMOS管M₁的源极，M₁的栅极、漏极接地；开关K₂的一端连接TP，另一端连接Case₂中NMOS管M₂的栅极、漏极，M₂的源极接地；开关K₃的一端连接TP，另一端连接Case₃中PMOS管M₃的源极，M₃的栅极、漏极接PMOS管M4源极，M₄的栅极、漏接地；开关K₄的一端连接TP，另一端连接Case₄中NMOS管M₅的栅极、漏极，M₅的源极与NMOS管M₆的栅极、漏极连接，M₆的源极接地；开关K₅的一端连接TP，另一端连接Case₅中PMOS管M₇的源极，M₇的栅极、漏极与NMOS管M₈的栅极、漏极连接，M₈的源极接地；开关K₆的一端连接TP，另一端连接Case₆中NMOS管M₉的栅极、漏极，M₉的源极与PMOS管M₁₀的源极连接，M₁₀的栅极、漏极接地；开关K_n的一端连接TP，另一端连接到Case_n，Case_n的电路形式可以是任意可能的待测电路。

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