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1. 为什么一个接错的MOS管反而成了电路里最稳的器件刚入行那会儿我在一个电源缓启动电路里看到有人把NMOS的栅极和漏极直接短接在一起第一反应是这画错了。结果老工程师跟我说这叫二极管接法Diode-Connected MOS是模拟电路里非常经典的一种用法。后来做电流镜、做有源负载、做基准源几乎到处都能见到它的身影。这个接法看起来简单——就是把栅极和漏极连起来让MOS管变成一个两端器件——但它背后的物理机制和I-V特性值得单独拿出来讲透。所谓MOS管二极管接法指的是把MOSFET的栅极Gate与漏极Drain短接源极Source作为另一端整个器件对外只露出两个端子。这样连接之后栅源电压V_GS恒等于漏源电压V_DS管子永远工作在饱和区前提是V_GS V_TH。它表现出来的行为就像一只阈值可调的二极管正向导通时有一个由阈值电压和尺寸决定的等效压降反向则基本截止实际会有寄生通路后面细说。这个内容适合谁看如果你正在学模拟CMOS集成电路设计或者在做分立MOS管的电路实验又或者你只是好奇为什么有人要把MOS管接成二极管那这篇就是写给你的。我会从NMOS和PMOS两种接法的差异讲起拆解它为什么必然工作在饱和区推导它的I-V关系再结合实测和仿真讲讲曲线长什么样、有哪些坑。全程不堆公式但关键推导会给足让你看完能自己动手复现。需要先说明一点本文讨论的是增强型MOSFETEnhancement Mode也就是常说的NMOS/PMOS默认指硅基器件。耗尽型管子接法逻辑类似但阈值符号不同不在本篇重点。2. NMOS与PMOS的二极管接法方向、极性和一个容易搞反的细节2.1 NMOS二极管接法栅漏短接后的电流方向先看NMOS。标准NMOS有三个端子栅极G、漏极D、源极S衬底B通常接最低电位比如地。二极管接法的操作是把G和D用一根线连起来S接地然后从D端也就是G端看进去这就是一个两端器件。为什么这样接因为NMOS要导通必须满足V_GS V_TH。现在G和D短接所以V_GS V_DS。当外部从D端加正电压时V_DS上升V_GS同步上升。一旦V_GS超过阈值V_TH沟道形成电流从D流向S。此时因为V_GS V_DS而饱和区条件是V_DS ≥ V_GS - V_TH代入得V_DS ≥ V_DS - V_TH即V_TH ≥ 0恒成立。所以NMOS二极管接法永远工作在饱和区这是它最核心的性质。电流方向从D也就是G流入从S流出。对NMOS来说电流方向是漏到源也就是从短接端流向地。这一点和普通二极管阳极到阴极的直觉一致所以NMOS二极管接法可以看作阳极在D/G端阴极在S端。2.2 PMOS二极管接法极性全反别照抄NMOSPMOS的载流子是空穴导通条件是V_GS V_TH注意V_TH对PMOS是负值比如-0.7V。二极管接法同样是G和D短接但源极S通常接最高电位比如VDD从D端看进去。当外部从D端往下拉电压时V_DS变负相对于SV_GS V_DS也变负。当V_GS低于V_TH更负时PMOS导通电流从S流向D也就是从VDD流向短接端。所以PMOS二极管接法的阳极在S端阴极在D/G端和NMOS正好相反。这里有个新手最容易踩的坑直接把NMOS的接法平移到PMOS上结果发现管子不导通或者方向反了。记住一句话——NMOS的源极接低PMOS的源极接高短接的永远是栅和漏。源极的位置决定了电流的参考方向也决定了这个二极管的正负极。2.3 一张表看清两种接法的差异特性NMOS二极管接法PMOS二极管接法短接端子G与DG与D源极接法接低电位GND接高电位VDD导通条件V_GS V_THV_GS V_THV_TH为负电流方向D→S短接端→地S→DVDD→短接端等效阳极D/G端S端等效阴极S端D/G端工作区恒饱和区恒饱和区这张表建议存下来画电路时对着看能省掉很多为什么不通的困惑。3. 从平方律到I-V曲线二极管接法MOS到底长什么样3.1 饱和区电流公式怎么套进来MOS管在饱和区的经典平方律公式是$$I_D \frac{1}{2} \mu C_{ox} \frac{W}{L} (V_{GS} - V_{TH})^2$$对二极管接法V_GS V_DS所以直接替换$$I_D \frac{1}{2} \mu C_{ox} \frac{W}{L} (V_{DS} - V_{TH})^2$$这就是二极管接法MOS的I-V特性。它描述的是当V_DS V_TH时I_D ≈ 0管子截止当V_DS V_TH后电流按平方关系上升。注意这里没有考虑沟道长度调制效应如果加上λchannel-length modulation公式变成$$I_D \frac{1}{2} \mu C_{ox} \frac{W}{L} (V_{DS} - V_{TH})^2 (1 \lambda V_{DS})$$在长沟道器件里λ很小曲线在饱和后基本平在短沟道器件里λ明显曲线会往上翘。这一点在实测I-V曲线时非常关键后面会展开。3.2 等效电阻小信号下它像多大一个电阻把上式对V_DS求导得到小信号等效电阻$$r_{eq} \frac{1}{\partial I_D / \partial V_{DS}} \frac{1}{\mu C_{ox} (W/L)(V_{DS} - V_{TH})} \frac{1}{g_m}$$也就是说二极管接法MOS的小信号电阻等于1/g_m其中g_m是它的跨导。这个结论极其重要因为在电流镜、有源负载、差分对负载里我们就是利用这个1/g_m作为负载电阻。想让电阻小就加大W/L或者加大偏置电流因为g_m随电流增大而增大想让电阻大就减小电流或减小W/L。举个实际数字假设μC_ox 200 μA/V²W/L 10V_GS - V_TH 0.5V那么g_m 200×10×0.5 1000 μA/V 1 mS等效电阻约1 kΩ。如果偏置电流降到原来的1/4g_m减半电阻翻倍到2 kΩ。这个数量级在模拟电路里很常见设计时心里要有数。3.3 实测I-V曲线从截止到平方律的完整形状用半导体参数分析仪或者带扫描功能的源表测二极管接法NMOS的I-V曲线横轴是V_DS也就是V_GS纵轴是I_D。你会看到三段第一段V_DS V_TH电流几乎为零只有nA级的亚阈值漏电。第二段V_DS刚过V_TH电流按平方律快速上升曲线陡峭。第三段V_DS继续增大电流增速放缓如果器件短沟道还会看到明显的上翘λ效应。实测时有个细节扫描速度不能太快否则栅极电容充放电跟不上曲线会滞后甚至出现回滞。一般建议每步延时10ms以上或者用脉冲扫描模式。另外源极要良好接地接触电阻会直接叠加在V_DS上导致阈值看起来偏高。4. 二极管接法MOS在电路里的真实用途不只是接个二极管4.1 电流镜里的镜像核心电流镜是二极管接法最经典的应用。基本电流镜由两只MOS组成一只二极管接法作为参考管另一只正常接法作为输出管两只管子栅极相连、源极同电位。参考管因为栅漏短接强制工作在饱和区产生一个V_GS这个V_GS加到输出管栅极上输出管就复制出成比例的电流。为什么参考管要用二极管接法因为我们需要一个自偏置的电压。如果参考管不短接栅漏它的V_GS就是浮空的无法确定。短接之后V_GS自动调整到能流过参考电流的值这个电压再传给输出管实现镜像。这就是二极管接法在电流镜里的不可替代性。实际做电流镜时匹配是命门。两只管子要同方向、同尺寸、靠近布局最好加dummy管。参考管的二极管接法会引入一个额外的栅极连接走线要对称否则镜像误差可能到百分之几甚至十几。4.2 有源负载用1/g_m换高增益在单级放大器里如果把负载做成二极管接法的MOS它的等效阻抗是1/g_m。这个阻抗不算大所以增益一般不高增益约-g_m1/g_m2取决于输入管和负载管的跨导比。但它的好处是输出摆幅大、线性度好、面积小。如果换成电流源负载理想电流源阻抗无穷大增益可以做到很高但输出共模点难稳定。二极管接法负载牺牲了增益换来了确定性和稳定性在低压、低功耗设计里很常用。选哪种取决于你对增益和鲁棒性的权衡。4.3 电平移位与电压钳位二极管接法MOS还能当电平移位器用。比如在某个节点串一只二极管接法NMOS节点电压会被抬高约V_TH 过驱动电压。因为它的压降相对固定不像电阻分压那样随电流大变可以用来做简单的电平搬移。电压钳位也是类似思路当某点电压超过V_TH V_ov时二极管接法MOS导通把多余电流引走起到限幅作用。这种用法在ESD保护、输入过压保护里能见到但要注意它的响应速度和寄生电容高速信号线上慎用。5. 仿真与实测中的坑曲线不对时先查这几处5.1 Virtuoso里扫I-V曲线的正确姿势在Cadence Virtuoso里做二极管接法MOS的I-V扫描步骤大致是画好原理图G和D短接选dc分析扫描V_DS从0到VDD观察I_D。但有几个细节容易翻车。第一模型库要选对。tt、ff、ss不同corner下V_TH差很多曲线会整体平移。做特性分析一般用tt做鲁棒性验证要跑全corner。第二衬底接法。NMOS衬底接GNDPMOS衬底接VDD接错会导致体效应让V_TH漂移曲线对不上。第三扫描变量。如果你扫的是V_GS而不是V_DS但管子已经短接两者数值相同结果一样但标签要写清楚免得看混。仿真跑完建议把I_D取对数再画一遍log scale这样亚阈值区和平方律区的过渡看得更清楚。线性坐标下亚阈值区几乎贴着零轴容易忽略。5.2 实测曲线和仿真对不上先排查这四点实测和仿真有偏差是常态但偏差太大就要查原因。按我的经验优先排查接触电阻和线阻源极接地不良会让有效V_DS偏小曲线右移。用四线法测或者加大接触面积。温度V_TH随温度下降约-2mV/°C夏天和冬天测同一只管子曲线能差出几十mV。测试前让器件稳定到室温。自热效应大电流下管子发热V_TH漂移曲线出现负阻或回滞。用脉冲测量或限制电流。栅极漏电薄栅氧器件栅漏电不可忽略尤其高压下。如果I_D在截止区就偏大查栅漏电。5.3 寄生二极管那个隐藏的体二极管MOS管内部天然存在一个体二极管body diode从源极到漏极NMOS是S到DPMOS是D到S。在二极管接法里这个寄生二极管和主沟道并联。正常工作时主沟道导通寄生二极管反偏或零偏不影响。但如果V_DS反向加电压寄生二极管会正向导通电流方向反转这时候管子就不再是单向导通了。所以严格说二极管接法MOS的I-V曲线在反向区不是完全截止而是有一个二极管导通段。做精密整流或需要真正单向导通的场合要留意这个寄生通路。分立器件里体二极管压降约0.7V集成电路里因为源衬短接体二极管就是源-漏之间的PN结。6. 几个进阶话题米勒效应、防反接和选型思路6.1 米勒效应在二极管接法里为什么被短路了米勒效应指的是栅漏电容C_gd在放大电路中因增益而被放大形成等效大输入电容。但在二极管接法里G和D短接C_gd两端电压相同没有电压增益所以米勒效应被消除。这也是二极管接法MOS高频特性相对好的原因之一。不过要注意短接之后C_gs和C_gd并联在输入节点上总输入电容变大驱动能力要跟上。做高频应用时这个电容会限制带宽选管子时C_iss输入电容要小。6.2 防反接电路里的MOS接法辨析很多人把防反接和二极管接法搞混。防反接电路里NMOS或PMOS的体二极管方向是关键通常利用体二极管在反接时截止、正接时导通再配合栅极偏置让沟道导通降低压降。这和二极管接法G-D短接不是一回事。防反接的PMOS通常源极接负载侧、漏极接电源侧栅极通过电阻拉到地或电源靠体二极管和沟道配合工作。如果你把防反接电路误当成二极管接法去分析会得出错误的导通条件。区分方法很简单看栅极是不是和漏极直接短接是就是二极管接法不是就是别的拓扑。6.3 选型时看哪几个参数做二极管接法应用选MOS管重点看这几个参数参数含义选型建议V_TH阈值电压决定等效压降低压应用选低V_THW/L宽长比决定g_m和等效电阻按需设计μC_ox工艺跨导系数同工艺固定影响g_mλ沟道长度调制系数越小曲线越平电流源特性越好C_iss输入电容高频应用选小体二极管压降反向导通点需要单向性时关注分立器件里常见的2N7000、BS170是NMOS小信号管V_TH约2VPMOS如BS250V_TH约-3V。集成电路里V_TH通常0.4~0.7V按工艺库查。7. 我踩过的几个坑和一点个人体会第一次做电流镜的时候我把参考管的栅漏短接忘了画仿真跑出来输出电流是零查了半天才发现参考管没偏置。后来养成习惯画完电流镜先检查参考管的G-D连线这个动作能省掉大量debug时间。还有一次测PMOS二极管接法曲线怎么都不对最后发现是源极没接VDD而是悬空了。PMOS的源极必须接最高电位悬空时V_GS不确定管子状态随机。这个坑很基础但新手真的容易犯。关于仿真和实测的差距我的体会是仿真看趋势实测看真相。仿真里λ、体效应、温度都是模型算的实测里还有封装寄生、PCB走线、探头负载。做定量分析时实测数据为准做趋势判断和快速迭代时仿真效率高。两者结合别偏废。最后分享一个小技巧如果你要快速估算二极管接法MOS的等效电阻不用记复杂公式直接用r_eq ≈ 1/g_m而g_m ≈ 2I_D/(V_GS - V_TH)。知道偏置电流和过驱动电压心算就能出数量级。比如I_D 100μAV_ov 0.2Vg_m 1mA/Vr_eq 1kΩ。这个估算在电路初调时非常好用能帮你快速判断节点阻抗是否合理。后续如果要做更深入的分析可以往亚阈值区的指数特性、温度补偿电流源、共源共栅电流镜这些方向扩展。二极管接法只是入口顺着它能把模拟CMOS的大半基础串起来。 MOS管二极管接法：原理、I-V特性与电流镜应用
1. 为什么一个接错的MOS管反而成了电路里最稳的器件刚入行那会儿我在一个电源缓启动电路里看到有人把NMOS的栅极和漏极直接短接在一起第一反应是这画错了。结果老工程师跟我说这叫二极管接法Diode-Connected MOS是模拟电路里非常经典的一种用法。后来做电流镜、做有源负载、做基准源几乎到处都能见到它的身影。这个接法看起来简单——就是把栅极和漏极连起来让MOS管变成一个两端器件——但它背后的物理机制和I-V特性值得单独拿出来讲透。所谓MOS管二极管接法指的是把MOSFET的栅极Gate与漏极Drain短接源极Source作为另一端整个器件对外只露出两个端子。这样连接之后栅源电压V_GS恒等于漏源电压V_DS管子永远工作在饱和区前提是V_GS V_TH。它表现出来的行为就像一只阈值可调的二极管正向导通时有一个由阈值电压和尺寸决定的等效压降反向则基本截止实际会有寄生通路后面细说。这个内容适合谁看如果你正在学模拟CMOS集成电路设计或者在做分立MOS管的电路实验又或者你只是好奇为什么有人要把MOS管接成二极管那这篇就是写给你的。我会从NMOS和PMOS两种接法的差异讲起拆解它为什么必然工作在饱和区推导它的I-V关系再结合实测和仿真讲讲曲线长什么样、有哪些坑。全程不堆公式但关键推导会给足让你看完能自己动手复现。需要先说明一点本文讨论的是增强型MOSFETEnhancement Mode也就是常说的NMOS/PMOS默认指硅基器件。耗尽型管子接法逻辑类似但阈值符号不同不在本篇重点。2. NMOS与PMOS的二极管接法方向、极性和一个容易搞反的细节2.1 NMOS二极管接法栅漏短接后的电流方向先看NMOS。标准NMOS有三个端子栅极G、漏极D、源极S衬底B通常接最低电位比如地。二极管接法的操作是把G和D用一根线连起来S接地然后从D端也就是G端看进去这就是一个两端器件。为什么这样接因为NMOS要导通必须满足V_GS V_TH。现在G和D短接所以V_GS V_DS。当外部从D端加正电压时V_DS上升V_GS同步上升。一旦V_GS超过阈值V_TH沟道形成电流从D流向S。此时因为V_GS V_DS而饱和区条件是V_DS ≥ V_GS - V_TH代入得V_DS ≥ V_DS - V_TH即V_TH ≥ 0恒成立。所以NMOS二极管接法永远工作在饱和区这是它最核心的性质。电流方向从D也就是G流入从S流出。对NMOS来说电流方向是漏到源也就是从短接端流向地。这一点和普通二极管阳极到阴极的直觉一致所以NMOS二极管接法可以看作阳极在D/G端阴极在S端。2.2 PMOS二极管接法极性全反别照抄NMOSPMOS的载流子是空穴导通条件是V_GS V_TH注意V_TH对PMOS是负值比如-0.7V。二极管接法同样是G和D短接但源极S通常接最高电位比如VDD从D端看进去。当外部从D端往下拉电压时V_DS变负相对于SV_GS V_DS也变负。当V_GS低于V_TH更负时PMOS导通电流从S流向D也就是从VDD流向短接端。所以PMOS二极管接法的阳极在S端阴极在D/G端和NMOS正好相反。这里有个新手最容易踩的坑直接把NMOS的接法平移到PMOS上结果发现管子不导通或者方向反了。记住一句话——NMOS的源极接低PMOS的源极接高短接的永远是栅和漏。源极的位置决定了电流的参考方向也决定了这个二极管的正负极。2.3 一张表看清两种接法的差异特性NMOS二极管接法PMOS二极管接法短接端子G与DG与D源极接法接低电位GND接高电位VDD导通条件V_GS V_THV_GS V_THV_TH为负电流方向D→S短接端→地S→DVDD→短接端等效阳极D/G端S端等效阴极S端D/G端工作区恒饱和区恒饱和区这张表建议存下来画电路时对着看能省掉很多为什么不通的困惑。3. 从平方律到I-V曲线二极管接法MOS到底长什么样3.1 饱和区电流公式怎么套进来MOS管在饱和区的经典平方律公式是$$I_D \frac{1}{2} \mu C_{ox} \frac{W}{L} (V_{GS} - V_{TH})^2$$对二极管接法V_GS V_DS所以直接替换$$I_D \frac{1}{2} \mu C_{ox} \frac{W}{L} (V_{DS} - V_{TH})^2$$这就是二极管接法MOS的I-V特性。它描述的是当V_DS V_TH时I_D ≈ 0管子截止当V_DS V_TH后电流按平方关系上升。注意这里没有考虑沟道长度调制效应如果加上λchannel-length modulation公式变成$$I_D \frac{1}{2} \mu C_{ox} \frac{W}{L} (V_{DS} - V_{TH})^2 (1 \lambda V_{DS})$$在长沟道器件里λ很小曲线在饱和后基本平在短沟道器件里λ明显曲线会往上翘。这一点在实测I-V曲线时非常关键后面会展开。3.2 等效电阻小信号下它像多大一个电阻把上式对V_DS求导得到小信号等效电阻$$r_{eq} \frac{1}{\partial I_D / \partial V_{DS}} \frac{1}{\mu C_{ox} (W/L)(V_{DS} - V_{TH})} \frac{1}{g_m}$$也就是说二极管接法MOS的小信号电阻等于1/g_m其中g_m是它的跨导。这个结论极其重要因为在电流镜、有源负载、差分对负载里我们就是利用这个1/g_m作为负载电阻。想让电阻小就加大W/L或者加大偏置电流因为g_m随电流增大而增大想让电阻大就减小电流或减小W/L。举个实际数字假设μC_ox 200 μA/V²W/L 10V_GS - V_TH 0.5V那么g_m 200×10×0.5 1000 μA/V 1 mS等效电阻约1 kΩ。如果偏置电流降到原来的1/4g_m减半电阻翻倍到2 kΩ。这个数量级在模拟电路里很常见设计时心里要有数。3.3 实测I-V曲线从截止到平方律的完整形状用半导体参数分析仪或者带扫描功能的源表测二极管接法NMOS的I-V曲线横轴是V_DS也就是V_GS纵轴是I_D。你会看到三段第一段V_DS V_TH电流几乎为零只有nA级的亚阈值漏电。第二段V_DS刚过V_TH电流按平方律快速上升曲线陡峭。第三段V_DS继续增大电流增速放缓如果器件短沟道还会看到明显的上翘λ效应。实测时有个细节扫描速度不能太快否则栅极电容充放电跟不上曲线会滞后甚至出现回滞。一般建议每步延时10ms以上或者用脉冲扫描模式。另外源极要良好接地接触电阻会直接叠加在V_DS上导致阈值看起来偏高。4. 二极管接法MOS在电路里的真实用途不只是接个二极管4.1 电流镜里的镜像核心电流镜是二极管接法最经典的应用。基本电流镜由两只MOS组成一只二极管接法作为参考管另一只正常接法作为输出管两只管子栅极相连、源极同电位。参考管因为栅漏短接强制工作在饱和区产生一个V_GS这个V_GS加到输出管栅极上输出管就复制出成比例的电流。为什么参考管要用二极管接法因为我们需要一个自偏置的电压。如果参考管不短接栅漏它的V_GS就是浮空的无法确定。短接之后V_GS自动调整到能流过参考电流的值这个电压再传给输出管实现镜像。这就是二极管接法在电流镜里的不可替代性。实际做电流镜时匹配是命门。两只管子要同方向、同尺寸、靠近布局最好加dummy管。参考管的二极管接法会引入一个额外的栅极连接走线要对称否则镜像误差可能到百分之几甚至十几。4.2 有源负载用1/g_m换高增益在单级放大器里如果把负载做成二极管接法的MOS它的等效阻抗是1/g_m。这个阻抗不算大所以增益一般不高增益约-g_m1/g_m2取决于输入管和负载管的跨导比。但它的好处是输出摆幅大、线性度好、面积小。如果换成电流源负载理想电流源阻抗无穷大增益可以做到很高但输出共模点难稳定。二极管接法负载牺牲了增益换来了确定性和稳定性在低压、低功耗设计里很常用。选哪种取决于你对增益和鲁棒性的权衡。4.3 电平移位与电压钳位二极管接法MOS还能当电平移位器用。比如在某个节点串一只二极管接法NMOS节点电压会被抬高约V_TH 过驱动电压。因为它的压降相对固定不像电阻分压那样随电流大变可以用来做简单的电平搬移。电压钳位也是类似思路当某点电压超过V_TH V_ov时二极管接法MOS导通把多余电流引走起到限幅作用。这种用法在ESD保护、输入过压保护里能见到但要注意它的响应速度和寄生电容高速信号线上慎用。5. 仿真与实测中的坑曲线不对时先查这几处5.1 Virtuoso里扫I-V曲线的正确姿势在Cadence Virtuoso里做二极管接法MOS的I-V扫描步骤大致是画好原理图G和D短接选dc分析扫描V_DS从0到VDD观察I_D。但有几个细节容易翻车。第一模型库要选对。tt、ff、ss不同corner下V_TH差很多曲线会整体平移。做特性分析一般用tt做鲁棒性验证要跑全corner。第二衬底接法。NMOS衬底接GNDPMOS衬底接VDD接错会导致体效应让V_TH漂移曲线对不上。第三扫描变量。如果你扫的是V_GS而不是V_DS但管子已经短接两者数值相同结果一样但标签要写清楚免得看混。仿真跑完建议把I_D取对数再画一遍log scale这样亚阈值区和平方律区的过渡看得更清楚。线性坐标下亚阈值区几乎贴着零轴容易忽略。5.2 实测曲线和仿真对不上先排查这四点实测和仿真有偏差是常态但偏差太大就要查原因。按我的经验优先排查接触电阻和线阻源极接地不良会让有效V_DS偏小曲线右移。用四线法测或者加大接触面积。温度V_TH随温度下降约-2mV/°C夏天和冬天测同一只管子曲线能差出几十mV。测试前让器件稳定到室温。自热效应大电流下管子发热V_TH漂移曲线出现负阻或回滞。用脉冲测量或限制电流。栅极漏电薄栅氧器件栅漏电不可忽略尤其高压下。如果I_D在截止区就偏大查栅漏电。5.3 寄生二极管那个隐藏的体二极管MOS管内部天然存在一个体二极管body diode从源极到漏极NMOS是S到DPMOS是D到S。在二极管接法里这个寄生二极管和主沟道并联。正常工作时主沟道导通寄生二极管反偏或零偏不影响。但如果V_DS反向加电压寄生二极管会正向导通电流方向反转这时候管子就不再是单向导通了。所以严格说二极管接法MOS的I-V曲线在反向区不是完全截止而是有一个二极管导通段。做精密整流或需要真正单向导通的场合要留意这个寄生通路。分立器件里体二极管压降约0.7V集成电路里因为源衬短接体二极管就是源-漏之间的PN结。6. 几个进阶话题米勒效应、防反接和选型思路6.1 米勒效应在二极管接法里为什么被短路了米勒效应指的是栅漏电容C_gd在放大电路中因增益而被放大形成等效大输入电容。但在二极管接法里G和D短接C_gd两端电压相同没有电压增益所以米勒效应被消除。这也是二极管接法MOS高频特性相对好的原因之一。不过要注意短接之后C_gs和C_gd并联在输入节点上总输入电容变大驱动能力要跟上。做高频应用时这个电容会限制带宽选管子时C_iss输入电容要小。6.2 防反接电路里的MOS接法辨析很多人把防反接和二极管接法搞混。防反接电路里NMOS或PMOS的体二极管方向是关键通常利用体二极管在反接时截止、正接时导通再配合栅极偏置让沟道导通降低压降。这和二极管接法G-D短接不是一回事。防反接的PMOS通常源极接负载侧、漏极接电源侧栅极通过电阻拉到地或电源靠体二极管和沟道配合工作。如果你把防反接电路误当成二极管接法去分析会得出错误的导通条件。区分方法很简单看栅极是不是和漏极直接短接是就是二极管接法不是就是别的拓扑。6.3 选型时看哪几个参数做二极管接法应用选MOS管重点看这几个参数参数含义选型建议V_TH阈值电压决定等效压降低压应用选低V_THW/L宽长比决定g_m和等效电阻按需设计μC_ox工艺跨导系数同工艺固定影响g_mλ沟道长度调制系数越小曲线越平电流源特性越好C_iss输入电容高频应用选小体二极管压降反向导通点需要单向性时关注分立器件里常见的2N7000、BS170是NMOS小信号管V_TH约2VPMOS如BS250V_TH约-3V。集成电路里V_TH通常0.4~0.7V按工艺库查。7. 我踩过的几个坑和一点个人体会第一次做电流镜的时候我把参考管的栅漏短接忘了画仿真跑出来输出电流是零查了半天才发现参考管没偏置。后来养成习惯画完电流镜先检查参考管的G-D连线这个动作能省掉大量debug时间。还有一次测PMOS二极管接法曲线怎么都不对最后发现是源极没接VDD而是悬空了。PMOS的源极必须接最高电位悬空时V_GS不确定管子状态随机。这个坑很基础但新手真的容易犯。关于仿真和实测的差距我的体会是仿真看趋势实测看真相。仿真里λ、体效应、温度都是模型算的实测里还有封装寄生、PCB走线、探头负载。做定量分析时实测数据为准做趋势判断和快速迭代时仿真效率高。两者结合别偏废。最后分享一个小技巧如果你要快速估算二极管接法MOS的等效电阻不用记复杂公式直接用r_eq ≈ 1/g_m而g_m ≈ 2I_D/(V_GS - V_TH)。知道偏置电流和过驱动电压心算就能出数量级。比如I_D 100μAV_ov 0.2Vg_m 1mA/Vr_eq 1kΩ。这个估算在电路初调时非常好用能帮你快速判断节点阻抗是否合理。后续如果要做更深入的分析可以往亚阈值区的指数特性、温度补偿电流源、共源共栅电流镜这些方向扩展。二极管接法只是入口顺着它能把模拟CMOS的大半基础串起来。