【layout理解篇之:mos电阻】

知识点:Source/Drain 短接的 MOS 电阻(Diode-Connected MOS Resistor)

一、结构定义

当 MOSFET 的 Source(S)与 Drain(D)短接 时,器件不再按普通 MOS 的方式工作,而是形成一种 类二极管行为的可控电阻。

典型连法(以 NMOS 为例):

  • S = D(金属短接) → 作为电阻的一端
  • Gate(G) → 控制电阻值
  • Bulk(B) → NMOS 接 VSS、PMOS 接 VDD

此结构也称为 Diode-Connected MOS。


二、正确连线方式

1. NMOS 电阻(S=D)

Gate(偏置/控制信号)

│

▼

±---------------+

| MOS |

| |

S ----+----------------+---- D

(作为电阻的一端)

Bulk = VSS

2. PMOS 电阻(S=D)

Gate(偏置/控制信号)

│
▼
±---------------+
| MOS |
| |
S ----+----------------+---- D
(作为电阻的一端)
Bulk = VDD

三、为什么要 S = D 短接?

这样连接后,MOS 的电流公式变成类二极管的 I--V 行为:

  • 特性类似一个 非线性电阻
  • 电阻值由 Vgs(Gate 控制) 决定
  • 在模拟前端特别常用

这种结构可以实现一个:

✔ 电阻值可控

✔ 对电压、电流变化敏感

✔ 线性度可微调

✔ 方便集成的非线性 R 元件


四、典型应用场景

  • CTLE(连续时间线性均衡器)可变电阻网络
  • SerDes 前端调节电路
  • FlashIO、High-speed IO 中的阻值调节单元
  • 模拟偏置电路中的启动与保护支路
  • 小信号线性化网络

这是 flashIO ctle common source 中常出现的结构。


五、连线要求(非常重要)

1. Source/Drain 必须严格短接

  • 两端完全等效
  • 避免不对称行为
  • 版图直接用金属短接

2. Bulk 必须接对

  • NMOS → Bulk 接 VSS
  • PMOS → Bulk 接 VDD
    (否则 body effect 会导致电阻值飘移)

3. Gate 不能悬空

  • Gate 是用来调电阻值的输入
  • 悬空会造成阻值不可控 → 电路不稳定

4. 适当做对称 & Dummy

  • Poly 加 Dummy
  • 版图保持左右对称
  • 在高速 IO、SerDes 中尤其必须这样做

六、与普通 MOS 电阻的对比

项目 普通 MOS 电阻 S=D 二极管式 MOS 电阻
S/D 是否短接 否 是
Gate 控制方式 固定偏置(如接地) 可变偏置,控制阻值
电阻类型 线性 非线性,可调
应用 LDO、Bandgap、高阻电阻 CTLE、SerDes、flashIO 等高速前端

七、一句话总结

S=D 短接的 MOS,是一种"二极管型可控电阻",Gate 控制电阻大小,Bulk 必须接对电位,是高速 IO、CTLE 等模拟前端常用结构。

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