MOS器件作為電容，電容的值應(yīng)該由什么決定?-KIA MOS管

電容

電容在電路設(shè)計(jì)中是一個(gè)基本又必不可少的部分，除了作為旁路，濾波，去耦或隔直等作用，在一些電路中也可以作為運(yùn)算電路單元，完成信號(hào)的存儲(chǔ)和傳遞。在集成電路設(shè)計(jì)中，電容的實(shí)現(xiàn)方式主要有MIM、PN結(jié)電容、Metal寄生電容和MOS電容等。

我們都知道零點(diǎn)和極點(diǎn)的相互作用對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常重要。對(duì)于一個(gè)amplifier來(lái)說(shuō)，它倆直接決定了amplifier的UGF和PM等參數(shù)，如何進(jìn)行補(bǔ)償就非常考驗(yàn)?zāi)MIC工程師的能力了。

其中一個(gè)方法就是為系統(tǒng)引入一個(gè)特定頻率的零點(diǎn)，從而去消除掉該頻率點(diǎn)的一個(gè)極點(diǎn)，達(dá)到增加PM的作用。

但是當(dāng)我們把電阻和電容串聯(lián)放入系統(tǒng)中的時(shí)候，電容的選擇就顯得比較關(guān)鍵了，其中一個(gè)方式便是把MOS器件作為電容來(lái)使用。那么在實(shí)際應(yīng)用中，電容的值應(yīng)該由什么決定，它會(huì)在不同的工作條件下發(fā)生變化嗎？通過(guò)仿真，以下進(jìn)行了簡(jiǎn)單的總結(jié)。

一、MOS作為電容的值隨Vgs的變化

電容的大小隨Vgs的變化可以參考Figure1。

1.當(dāng)MOS管處于cutoff的時(shí)候，沒(méi)有導(dǎo)通溝道形成，此時(shí)Cgs和Cgd約等于0。

2.當(dāng)MOS管處于linearregion的時(shí)候，導(dǎo)通溝道已經(jīng)完全形成，此時(shí)Cgb約等于0。

3.當(dāng)MOS管處于saturationregion的時(shí)候，溝道部分導(dǎo)通，此時(shí)Cgb約等于0。

因此，為了得到MOS在不同Vgs下電容的變化，需要搭建一個(gè)testbench進(jìn)行了簡(jiǎn)單的模擬（具體圖片已經(jīng)省略，方法在于確立合適的直流工作點(diǎn)并進(jìn)行dc仿真，然后運(yùn)用list菜單讀取電容，它大小的變化趨勢(shì)和分析基本一致。

二、MOS作為電容的值隨WL的變化

我們知道，電容的阻抗R=Rreal+Rimage=Rreal+1/jwC，于是可以通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)妮斎胄盘?hào)，然后通過(guò)Calculator的計(jì)算，不僅可以得到電容的阻抗R隨頻率的變化曲線，還可以得到電容的值（直流仿真中可以通過(guò)list直接獲得Cgs+Cgd+Cgb的值，但是交流仿真應(yīng)采取通過(guò)讀取電壓間接得到阻抗的方式來(lái)計(jì)算）。

在一個(gè)LDO的應(yīng)用中，由于該MOS在正常工作狀態(tài)下總是工作在linearregion下的，截取了該條件下的電容大小，在觀察電容的大小是否隨WL線性變化的同時(shí)，也能更加直觀的得到一定尺寸的MOS管帶來(lái)的電容大小是多少（仿真圖片已省略，設(shè)置了三組WL的值，并讀取了電容大小的值）。

從三個(gè)仿真結(jié)果可以得出結(jié)論，電容的大小和WL基本滿足線性關(guān)系，符合Figure1中表格描述的關(guān)系。不過(guò)不同的工藝model下，不同的layout方式等也都會(huì)讓電容的大小產(chǎn)生變化。

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