欧陆娱乐「游戏有保障,平台更省心」MOS电容,最全面MOS管的高频小信号电容文章

MOS电(dian)容,最全面MOS管的(de)高频(pin)小信号电(dian)容文章(zhang)

信息来源：本(ben)站　日期(qi)：2017-09-18　

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MOS管的高频小信号电容

从MOS管的(de)几何(he)构造及(ji)工(gong)作(zuo)原理能够发现，MOS管存(cun)在着(zhe)多种电(dian)容，这会影(ying)响MOS管的(de)高频性能。

依据MOS管的几何构造构成的各类电容如图1.5所示，详细为：
mos管

(1)栅(zha)(zha)与沟道之间的栅(zha)(zha)氧电容(rong)C2=WLCox，其中Cox为单位面积栅(zha)(zha)氧电容(rong)ε0x/tox。

(2)沟道耗尽层电容C3=W）：其中q为电(dian)子电(dian)荷，εsi硅的介电(dian)常(chang)数，Nsub为衬底浓度，φF为费米能级。

(3)交(jiao)叠电(dian)容(rong)（多晶(jing)栅(zha)掩盖源(yuan)／漏(lou)区(qu)所构(gou)成的(de)电(dian)容(rong)），每单位宽度(du)的(de)交(jiao)堯电(dian)容(rong)记为Col，由于是(shi)环状的(de)电(dian)场线，Col不能简单计算得到，且它的(de)值与衬底(di)偏置有关。交(jiao)叠电(dian)容(rong)主要有栅(zha)/源(yuan)交(jiao)叠电(dian)容(rong)Cl= WCol与栅(zha)／漏(lou)交(jiao)叠电(dian)容(rong)C4= WCol。

(4)源(yuan)／漏区(qu)(qu)与(yu)衬(chen)底(di)(di)(di)间的(de)(de)(de)结(jie)(jie)(jie)电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)：Cbd, Cbs，即(ji)(ji)为漏极(ji)、源(yuan)极(ji)与(yu)衬(chen)底(di)(di)(di)之间构(gou)成的(de)(de)(de)PN结(jie)(jie)(jie)势(shi)(shi)垒电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)，这(zhei)种(zhong)电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)普通由两(liang)局(ju)(ju)部(bu)(bu)组成：一局(ju)(ju)部(bu)(bu)是垂直方向(xiang)（即(ji)(ji)源(yuan)／漏区(qu)(qu)的(de)(de)(de)底(di)(di)(di)部(bu)(bu)与(yu)衬(chen)底(di)(di)(di)间）的(de)(de)(de)底(di)(di)(di)层电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)，以单(dan)位面积(ji)PN结(jie)(jie)(jie)电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)Cj权衡；另(ling)—局(ju)(ju)部(bu)(bu)是源(yuan)／漏区(qu)(qu)的(de)(de)(de)周围与(yu)衬(chen)底(di)(di)(di)间构(gou)成的(de)(de)(de)横向(xiang)圆周电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)，以单(dan)位长(zhang)度结(jie)(jie)(jie)电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)Cjs来衡最。单(dan)位面积(ji)PN结(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)势(shi)(shi)垒电(dian)容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)Cj可表示为:

C_j=C_jo/[1+V_R/φ_B]^m

式(1.1)中Cjo为(wei)PN在零偏(pian)电(dian)压时单(dan)位(wei)底(di)面(mian)积结电(dian)容（与衬底(di)浓度有关(guan)），VR是(shi)加于PN结的反偏(pian)电(dian)压，φB是(shi)漏／源区与衬底(di)问(wen)的PN结接(jie)触势垒差（普通(tong)取0.8V），而m是(shi)底(di)面(mian)电(dian)容的梯度因子，普通(tong)取介于0.3～0.4间的值(zhi)。

因(yin)而(er)，MOS管源／漏区(qu)与衬底(di)间总(zong)的(de)结电容可表(biao)示为：

CBD.BS=WHCj+2（W+H）Cjs

式(1.2)中H是指源(yuan)、漏区的长(zhang)度(du)，W是MOS管的宽度(du)。

由式(shi)(1.2)可发现：不(bu)同(tong)MOS管的(de)(de)源(yuan)/漏区(qu)的(de)(de)几(ji)何外形，即不(bu)同(tong)的(de)(de)源(yuan)／漏区(qu)面积和圆周尺寸值，存在着不(bu)同(tong)的(de)(de)结电容(rong)。在总的(de)(de)宽(kuan)(kuan)长比相同(tong)的(de)(de)状(zhuang)况下(xia)，采(cai)用并联合构，即MOS管的(de)(de)H不(bu)变，而每一个(ge)MOS管的(de)(de)宽(kuan)(kuan)为原(yuan)来的(de)(de)几(ji)分之一，则MOS管的(de)(de)源(yuan)／漏区(qu)与衬底间总的(de)(de)结电容(rong)比原(yuan)构造小(xiao)。

例1.2 分别(bie)求出以下(xia)三种条件下(xia)MOS管源(yuan)／漏区与衬底间总的结电容(rong)(假定任何，个MOS管的源(yuan)／漏区的长(zhang)度都为H)：

①(W/L)=100的(de)一个MOS管；

②(W/L）1，2=50两个MOS管并联(lian)；

③(WIL)1～5=20的5个MOS管并联。

解：为了(le)计算便当(dang)，假定(ding)一切(qie)MOS管(guan)的沟道长(zhang)度L=0.5μm，H=lμm则有

①CBD,BS:WHCj+2(W+H)Cjs=200Cj+402Cjs

所(suo)以总的源／漏(lou)区与(yu)衬底问的结电容为(wei)Cbd+Cbs=400Cj+804Cjs

②Cbdl, 2=Cbs1=Cbs2=100Cj+202Cjs

所(suo)以总的源／漏区与衬底间(jian)的结电(dian)容(rong)为Cbd1十Cbs1+Cbd2=300Cj+606Cjs

③Cbd1,2=Cbd3,4=Cbd5=Cbs1=Cbs2,3=Cbs4, 5=40Cj+82Cjs

所以总的(de)源／漏(lou)区与(yu)衬底间的(de)结电容为

Cbdl,2+Cbd3, 4+Cbsl+Cbs2, 3+Cbs4,5+Cbd5=240Cj+492Cjs

2．MOS管的极间电容及其随栅／源电压的变化关系

由于在模仿集成电路中，MOS管普通以四端器件出现，因而在实践电路设计中主要思索MOS管每两个端口之间存在的电容，如图1.6所示，源／漏两极之间的电容很小可疏忽不计，这些电容的值就是由前面剖析的各种电容组合而成，由丁在不同的工作区时MOS管的反型层厚度、耗尽层厚度等不同，则相应的电容也不相同，所以关于MOS管的极问电容能够分为三个工作辨别别停止讨论。

(1)截止区

漏／源之(zhi)间没有构(gou)成沟道，此时固然不(bu)存(cun)在反型(xing)层(ceng)，但可能产(chan)生了耗尽层(ceng)，则有栅／源之(zhi)间、栅／漏之(zhi)间的(de)电容为：CGD=CGS= WCol；

栅极与衬底间的电容为：CGB=（WLCox)Cd/(WLCox+Cd)，即栅氧电容与耗尽层电容Cd的串联，其中乙为沟道的有效长度，且

CSB与CDB的(de)值分别是源(yuan)极、漏极与衬底间电压的(de)函数，能够由(you)式(1.2)求解出。

(2)饱和(he)区

在(zai)此工作(zuo)区(qu)，MOS管的(de)(de)(de)(de)沟道(dao)在(zai)漏端(duan)曾经发作(zuo)夹断，所以(yi)栅／漏电(dian)容(rong)CGD大(da)约为WCol;同时(shi)MOS管的(de)(de)(de)(de)有(you)效沟道(dao)长度缩短，栅与沟道(dao)间的(de)(de)(de)(de)电(dian)位差(cha)从源区(qu)的(de)(de)(de)(de)VGS降落(luo)到夹断点的(de)(de)(de)(de)VGS-Vth导(dao)致了(le)在(zai)栅氧下的(de)(de)(de)(de)沟道(dao)内的(de)(de)(de)(de)垂直电(dian)场(chang)的(de)(de)(de)(de)不分(fen)歧，能够证明(ming)此时(shi)MOS管的(de)(de)(de)(de)栅+源间电(dian)容(rong)除了(le)过覆盖电(dian)容(rong)之外的(de)(de)(de)(de)电(dian)容(rong)值可表示为(2/3)N1Cox。因而

CGS=2WLCox/3+WCol (1.3)

(3)深(shen)线性区

在此工作区，漏(lou)(lou)(lou)极(ji)D与(yu)源(yuan)极(ji)s的(de)电(dian)位(wei)简直(zhi)相同，栅(zha)电(dian)压变化(hua)AV时(shi)，惹起等量的(de)电(dian)荷从源(yuan)极(ji)流向漏(lou)(lou)(lou)极(ji)，所(suo)以栅(zha)氧(yang)电(dian)容（栅(zha)与(yu)沟道间(jian)的(de)电(dian)容）WLCox、F均分为栅(zha)／源(yuan)端(duan)之间(jian)与(yu)栅(zha)／漏(lou)(lou)(lou)端(duan)之间(jian)的(de)电(dian)容，此时(shi)栅(zha)／源(yuan)电(dian)容与(yu)栅(zha)／漏(lou)(lou)(lou)电(dian)容可(ke)表(biao)示为

CGD=CGS=WLCox/2+WCol

当工作(zuo)在(zai)线性区(qu)与(yu)饱和区(qu)时，栅(zha)(zha)与(yu)衬底间(jian)的(de)电(dian)容常被(bei)疏(shu)忽，这是(shi)(shi)由于反型层在(zai)栅(zha)(zha)与(yu)衬底间(jian)起着屏蔽作(zuo)用，也(ye)就是(shi)(shi)说(shuo)假如栅(zha)(zha)压(ya)发(fa)作(zuo)了(le)改动(dong)，导电(dian)电(dian)荷(he)的(de)提(ti)供(gong)主要由源极提(ti)供(gong)而流向漏极，而不(bu)是(shi)(shi)由衬底提(ti)供(gong)导电(dian)荷(he)。

CGD与CGS在不同工作区域的值如图1.7所示，留意在不同的区域之间的转变不能简单计算得到，只是依据趋向停止延伸而得。
mos管