第4講 MOS管的電容和

1、第4講 MOS管外特性和寄生電容直流特性（1）輸入轉(zhuǎn)移特性 VDS固定，ID與VGS的關(guān)系（2）輸出特性 對于各種固定的VGS，ID與VDS的關(guān)系。NMOS管測試電路PMOS管測試電路PMOS管實際工作時如圖（a），但仿真測試時一般用圖（b）,電路畫法與NMOS相同，但VGS和VDS都加負壓。PMOS管輸入輸出特性分析文件o*- 例04: ST02 PMOS 輸入特性分析-o*-o.option post=2 $輸出波形文件o*-o.option search=d:/hspice2011/libs $指定庫路徑 o*-o.lib st02.lib tt $指定模型庫和入口o*-o.temp 2

2、5 $指定環(huán)境溫度o*-om1 nd ng gnd gnd mp w=20u l=1u ovgs ng gnd 0ovds nd gnd -5o*-o.print dc i1(m1) $記錄m1第一個節(jié)點的電流o*-o.dc vgs 0 -5 0.01o.dc vds 0 -5 0.01 vgs 0 -5 0.5o.endPMOS管輸入輸出特性曲線閾值電壓測量有多種工程定義：本課程采用“輸入特性曲線斜率變化最大的點對應(yīng)的電壓”。輸出特性曲線線性區(qū)和飽和區(qū)的實驗劃分方法統(tǒng)一為:輸出特性曲線中斜率變化最大的點。一些概念問題o MOS管的理想輸出特性是什么樣？o 晶體管能夠放大信號的根本原因？o 數(shù)

3、字電路中MOS管主要工作在什么區(qū)？o 模擬電路中的MOS管主要工作在什么區(qū)？MOS管的理想輸出特性晶體管放大信號的根本原因o 晶體管具有受控恒流受控恒流特性。只要輸出回路電流完全由輸入回路電壓決定，即使k很小也能實現(xiàn)電壓放大。電路中的MOS管的工作區(qū)o 數(shù)字電路 靜態(tài)時在線性區(qū)或截止區(qū)。 動態(tài)時經(jīng)過飽和區(qū)。o 模擬電路 多處于飽和區(qū)。MOS管的飽和區(qū)相當于雙極晶體管的放大區(qū)。MOS管的動態(tài)特性o 數(shù)字電路 速度（延遲）和動態(tài)功耗。o 模擬電路 帶寬、轉(zhuǎn)換速率、穩(wěn)定性等。o 影響動態(tài)特性的根本原因 電路中存在電容。電子線路的動態(tài)特性是RC問題。CMOS電路的速度與寄生電容的關(guān)系o 如果完全沒有寄

4、生電容和電感,CMOS數(shù)字電路的速度可以無限快.o 如果完全沒有寄生電容和電感,CMOS數(shù)字電路的功耗幾乎為零.o 結(jié)論:寄生電容是影響CMOS電路性能的主要因素.MOS管的寄生電容無法消除柵極寄生電容oxDgsgdCLWCCoxDgbCLLWC)2(TOXCoxox覆蓋電容柵極與體之間的電容TOX是柵氧化層厚度柵極電容與柵極電容與MOS管的管的WL乘積成正比乘積成正比源（漏）區(qū)寄生電容o 源（漏）區(qū)與體之間存在寄生電容。o 源（漏）區(qū)寄生電容是PN結(jié)電容。o 源漏區(qū)寄生電容與源（漏）區(qū)的面積和周長源（漏）區(qū)的面積和周長稱正比。o 仿真分析MOS電路動態(tài)特性時要給出PS,PD,AS,AD等參數(shù)

5、。MOS管寄生電容任何兩極之間存在電容作為電容使用的MOS管特性在沒有好的多晶電容的工藝中，常使用MOS管（柵）作為電容。堆積狀態(tài)o 當VGS0時，空穴被吸附（堆積）到柵氧化層下方，相當于電容的一個極板（另一個極板為多晶）。 堆積狀態(tài)的等效電容o 主要的電容Cgb串聯(lián)了一個較大的電阻耗盡狀態(tài)VGS不是足夠“負”，也不是足夠“正”，柵氧化層下方自由電子或空穴濃度都很低，下極板情況復(fù)雜，電容隨電壓變化。強反型狀態(tài)VGS足夠大時，在柵氧下形成導(dǎo)電溝道，將源和漏連通，溝道相當于柵電容的一個極板。這種情況電容性能較好。測量柵電容的仿真文件o*-例5：MOS管柵極電容測量 -o.option post=2o.option search=d:/hspice2011/libso.option dccap $按直流電容計算o.lib st02.lib tto*-o.param PL=2.0u PW=10uo*-om1 gnd ng gnd gnd mn l=PL W=PWovg ng gnd 0o*-o.dc vg -5 5 0.01o*-o