開關在集成電路設計中有很多作用。在模擬電路中，開關被用來實現(xiàn)諸如電阻的開關仿真[1]等有用的功能，開關同樣也用于多路選擇、調制和其他許多應用。在數(shù)字電路中，開關被用做傳輸門，并加入了在標準邏輯電路沒有的尺寸的靈活性。本節(jié)的目的是研究與CMOS集成電路兼容的開關特性。我們從電壓控制開關的特性開始。圖4.1-1 所示為該器件模型。電壓vc控制開關的狀態(tài)——開或關。
　　電壓控制開關是一個三端網(wǎng)絡，其中A、B端組成開關， C端是控制電壓vc作用端。開關重要的特性是它的導通電阻 row和關斷電阻rorr。理想情況下， roN為零而rom，為無窮大，實際上并非如此。此外，這些值與端口條件有關， 絕不會是常數(shù)。通常，開關會有一些電壓偏移，圖4.1-1中用V模擬。V表示當開關為導通狀態(tài)、電流等于零時，端點A和B之間存在的小幅值電壓。IorF表示開關為斷開狀態(tài)的漏電流。電流.、lA、lB表示開關端點與地之間的漏電流(或其他電源電壓)。圖4.1-1中偏移源和漏電流的極性是不確定的，圖中的方向是任意標注的。在模擬采樣數(shù)據(jù)電路應用中，寄生電容是一個需認真考慮的問題。電容(CA和Cb是開關端A、B與地之間的寄生電容。電容CAB是開關端A、B之間的寄生電容。電容(CAc和C,C是存在于電壓控制端C和開關端A、B之間的寄生電容。電容CAc和C的影響稱為電荷饋通——由此控制電壓的一部分會出現(xiàn)在開關A、B端。

　　MOS技術的一個優(yōu)點是可提供一個性能良好的開關。圖4.1-2顯示了一個 MOS 晶體管被用做開關的情況。它的性能可以由圖4.1-1顯示的 MOS晶體管大信號模型構成的開關確定?？梢钥吹?， MOS晶體管的漏極或源極做端點A 或B取決于端點電壓(即， 對n溝道管， 如果A 端電位高于B，那么A端是漏極， B端是源極) 。導通電阻由r、r的組合與始終存在的溝道電阻串聯(lián)、rD、r組成。通常ror0和rs的影響很小，所以主要考慮溝道電阻。溝道電阻的表達式可這樣求得： 在開關導通狀態(tài)，開關兩端的電壓很小，且vs很大。因此，MOS器件可以假設工作在非飽和區(qū)，式(3.11)重寫如下以表示這個狀態(tài)：

　　式(4.1?2)中的Q是晶體管的靜態(tài)工作點。圖4.1-3說明了 n溝道管漏極電流隨漏、源電壓變化的曲線，其中管子的寬長比W/L=5/1,vas等間隔增加。此圖說明了 MOS管工作的一些重要原理。注意， 圖中的曲線并不是關于V=0對稱的。這是因為晶體管端(漏、源)開關起著V過零的轉換作用。例如，當V為正時， B點是漏極， A 點為源極， 且V固定為2.5V,VCs由給定的v固定。當V為負時， B點為源極， A 點為漏極， 且V和VBS連續(xù)減少， 而VCS增加，從而導致電流增加。v=5v3.5/V=4Vv3.025vc=3V2.5vc=2vν20vc=1V171.50.50.0-0.510250.025V(V)圖4.1-3 n溝道管用做開關的I-V特性　

　圖4.1-4顯示了當VD5=0.1V,W/L=1,2,45 和10時 roN隨VOS變化的圖.從圖中可以看出W/L越大, row越低。 當Vcs減到VT(Vr=0.7V)時,roN為無窮大，因為開關斷開。25kiyc20kw>115krom<17導通電阻CM=210kW/L=5ML=105k023145.Vcs(V)圖4.1-4 n溝道管導通電阻　　當V小于或等于V時， 開關斷開，理想情況下 roFF為無窮大。當然，它不可能為無窮大。

　　但因為它非常大，截止狀態(tài)的性能由漏極-體和源極-體的漏電流決定，就像亞閾值電壓區(qū)從漏到源的漏電流一樣。從源和漏到體的漏電流主要是 pn結漏電流，在圖4.1-1 中用lA和l模擬。