第4讲 MOS管的电容和

1、第4讲 MOS管外特性和寄生电容 直流特性 （1）输入转移特性 VDS固定，ID与VGS的关系 （2）输出特性 对于各种固定的VGS，ID与VDS的 关系。 NMOS管测试 电路 PMOS管测试电路 PMOS管实际工作时如图（a），但仿真测试时一般 用图（b）,电路画法与NMOS相同，但VGS和VDS都 加负压。 PMOS管输入输出特性分析文件 o*- 例04: ST02 PMOS 输入特性分析- o*- o.option post=2 $输出波形文件 o*- o.option search=d:/hspice2011/libs $指定库路径 o*- o.lib st02.lib tt $指定

2、模型库和入口 o*- o.temp 25 $指定环境温度 o*- om1 nd ng gnd gnd mp w=20u l=1u ovgs ng gnd 0 ovds nd gnd -5 o*- o.print dc i1(m1) $记录m1第一个节点的电流 o*- o.dc vgs 0 -5 0.01 o.dc vds 0 -5 0.01 vgs 0 -5 0.5 o.end PMOS管输入输出特性曲线 阈值电压测量 有多种工程定义：本课程采用“输入特性曲线斜 率变化最大的点对应的电压”。 输出特性曲线 线性区和饱和区的实验划分方法 统一为:输出特性曲线中斜率变化最大的点。 一些概念问题 o

3、MOS管的理想输出特性是什么样？ o晶体管能够放大信号的根本原因？ o数字电路中MOS管主要工作在什么区？ o模拟电路中的MOS管主要工作在什么区？ MOS管的理想输出特性 晶体管放大信号的根本原因 o晶体管具有受控恒流受控恒流特性。 只要输出回路电流完全由输入回路电压决定， 即使k很小也能实现电压放大。 电路中的MOS管的工作区 o数字电路 静态时在线性区或截止区。 动态时经过饱和区。 o模拟电路 多处于饱和区。MOS管的饱和区相当于双极晶体管 的放大区。 MOS管的动态特性 o数字电路 速度（延迟）和动态功耗。 o模拟电路 带宽、转换速率、稳定性等。 o影响动态特性的根本原因 电路中存在电

4、容。电子线路的动态特性是RC 问题。 CMOS电路的速度与寄生电容的关系 o如果完全没有寄生电容和电感,CMOS数字电路的 速度可以无限快. o如果完全没有寄生电容和电感,CMOS数字电路的 功耗几乎为零. o结论:寄生电容是影响CMOS电路性能的主要因素. MOS管的寄生电容无法消除 栅极寄生电容 oxDgsgd CLWCC oxDgb CLLWC)2( TOX C ox ox 覆盖电容 栅极与体 之间的电 容 TOX是栅氧化层厚度 栅极电容与栅极电容与MOS管的管的WL乘积成正比乘积成正比 源（漏）区寄生电容 o源（漏）区与体之间存在寄生电容。 o源（漏）区寄生电容是PN结电容。 o源漏区

5、寄生电容与源（漏）区的面积和周长源（漏）区的面积和周长称正比。 o仿真分析MOS电路动态特性时要给出 PS,PD,AS,AD等参数。 MOS管寄生电容 任何两极之间存在电容 作为电容使用的MOS管特性 在没有好的多晶电容的工艺中，常使用MOS管（栅） 作为电容。 堆积状态 o当VGS0时，空穴被吸附（堆积）到栅氧化层下 方，相当于电容的一个极板（另一个极板为多晶）。 堆积状态的等效电容 o主要的电容Cgb串联了一个较大的电阻 耗尽状态 VGS不是足够“负”，也不是足够“正”，栅氧化层下 方自由电子或空穴浓度都很低，下极板情况复杂，电容 随电压变化。 强反型状态 VGS足够大时，在栅氧下形成导电沟道，将源和漏连通， 沟道相当于栅电容的一个极板。这种情况电容性能较好。 测量栅电容的仿真文件 o*-例5：MOS管栅极电容测量 - o.option post=2 o.option search=d:/hspice2011/libs o.option dccap $按直流电容计算 o.lib st02.lib tt o*- o.param PL=2.0u PW=10u o*- om1 gnd ng gnd gnd mn l=PL W=PW ovg ng gnd 0 o*- o.dc vg -5 5 0.01 o*-