負載寄生電容對MOS管輸出波形的影響-KIAMOS管
信息來源：本站 日期：2022-04-06
調試一個模擬電路時，發現MOS管的輸出波形的上升沿和下降沿總是出現不對稱的情況，且兩者的斜率相差較大。通過仔細分析，發現問題出在負載的寄生電容上，也就是說負載的寄生電容會影響MOS管的充放電時間，進而導致MOS管輸出波形出現不對稱的情況。
現結合實際的測試情況，對MOS管輸出波形受負載寄生電容的影響做一下簡單的分析。
一、NMOS驅動負載
上圖是一個簡單的NMOS驅動負載的電路圖，其中，紅框中是一個帶有250pF寄生電容的負載。在斷開反饋回路的情況下，測得的負載上的波形如下圖所示。
波形1為負載之前的波形，波形2為負載之后的波形。斷開反饋回路。
NMOS管輸出波形受負載寄生電容的影響分析
N管柵極上升沿時，漏極處于下降沿狀態，下降沿時間約為N管柵極的寄生電容（輸入寄生電容和米勒電容）充電時間常數，由于未接限流電阻，所以，充電常數較小，即漏極的下降沿較短，實測只有13ns；
N管柵極下降沿時，漏極處于上升沿狀態，上升沿時間約為5V對模擬開關寄生電容的充電時間，充電電阻200Ohm，負載電容250pF(Type)，對應充電常數50ns，實測波形上升沿為103ns；
二、NMOS+PMOS驅動負載
上圖是一個簡單的NMOS+PMOS驅動負載的電路圖，其中，紅框中是一個帶有250pF寄生電容的負載。在斷開反饋回路的情況下，測得的負載上的波形如下圖所示。
NMOS+PMOS輸出波形受負載寄生電容的影響分析
結合第一種情況的分析，N管柵極上升沿時，漏極處于下降沿狀態，下降沿時間較短，所以，P管柵極的下降沿時間也很短，進而P管漏極的上升沿也很短，實測只有15ns，跟第一種情況相當；
同樣，結合第一種情況的分析，N管柵極下降沿時，漏極處于上升沿狀態，5V電源開始給P管柵極寄生電容充電，即P管柵極處于上升沿，P管柵極上升沿時間約為5V對P管柵極寄生電容的充電時間，充電電阻為200Ohm，寄生電容約為73pF(Type)，充電時間約為15ns；
此階段，P管漏極則處于下降沿，負載寄生電容250pF開始經P管的漏極電阻100Ohm放電，放電時間常數為25ns。這個過程是P管柵極充電使P管關斷導致負載寄生電容放電，是一個相互的作用，不過可以簡單計算為15ns+25ns=40ns。實測值為92ns。
上面的計算基本與實測值相差2倍，因為MOS管的寄生電容充放電是一個動態過程，不是簡單的乘積，考慮到這個因素，可以將計算結果乘2，即和實測相當。
三、總結
總的來講，如果只使用了N管的電路形式，則要考慮N管的漏極電阻阻值，如果阻值太大，會影響波形的上升沿，導致上升沿斜率太大；如果阻值太小則要考慮N管的導通電流和漏極電阻的功率問題。
如果使用了N管+P管的電路形式，則要同時考慮N管和P管的漏極電阻阻值，阻值太大，會使波形的下降沿變緩，阻值太小則要兼顧MOS的導通電路和電阻的功率問題。
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