CMOS集成電路電壓擺幅、電壓余度概念-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-07-26
電壓余度（Voltage headroom）是電路內部消耗掉的電壓降，不能被轉化為output voltage swing 的部分，通常這部分電壓降是用來維持working transistors，讓他們處于saturation region。
In saturation region, Vgs-Vth(overdrive voltage) < Vds，每個working transistor 的Vds 都貢獻 voltage headroom。
我們需要Vds 比Vgs-Vth 大，通常Vth是確定的，假設Vgs-Vth被設定在0.2V 左右，Vds通常都得大于0.2V。比如說三個MOS transistor 串聯，每個需要0.2V的 Vds，那么voltage headroom就是0.2*3 = 0.6V，如果Vdd=1.5V，那么最大的Output voltage swing 就只有 0.9V。
一般來說voltage headroom對于low supply voltage case 比較重要，因為要在Vdd比較小的狀態下，減小headroom，增大output swing。
電源電壓和輸出電壓所能達到的最大值之間的差值，就是電壓余度。例如二極管連接（diode-connected MOS）做負載，輸出電壓達不到Vdd，而是Vdd-Vth，這個Vth就是電壓余度。
而線性負載或是電阻消耗的電壓余度為0，也就是說輸出電壓可以達到Vdd。電壓余度與輸出電壓所能達到的最大值相加就是電源電壓，電路消耗的電壓余度越大，輸出擺幅也就越小。
更加清楚的解釋就是輸出電壓所能達到的最大值與電路電源之間的差值，這就是電壓余度。
由于二極管連接的負載的電壓損耗，輸出電壓往往達不到Vdd,而是Vdd-Vth，這個Vth就是電壓余度，也叫做閾值損失，而線性負載或是電阻的消耗的電壓余度就為0，也就是說輸出電壓可以達到Vdd。
電壓余度與輸出電壓所能達到的最大值相加就是電源電壓，也就是電路消耗的電壓余度越大，輸出擺幅也就越小。
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