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MOS管的米勒電容與CCS電流源模型介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2024-07-29 17:21:27
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MOS管的米勒電容與CCS電流源模型介紹
一、米勒電容
MOS管的等效電容如圖所示:
MOS管米勒電容 CCS電流源模型
在器件的手冊(cè)中,會(huì)給出MOS管的寄生參數(shù),其中輸入電容Ciss就是從輸入回路,即端口G和S看進(jìn)去的電容,MOS管導(dǎo)通時(shí)的GS電容,是Cgd和Cds的并聯(lián);
輸出電容Coss就是從輸出回路,即端口D和S看進(jìn)去的電容,MOS管關(guān)斷時(shí)DS電容,是Cgd和Cgs的串聯(lián);
反向傳輸電容Crss就是Cgd,也叫米勒電容; 構(gòu)成了輸出回路對(duì)輸入回路的反饋。
MOS管米勒電容 CCS電流源模型
考察MOS管的充電過(guò)程(以下給出簡(jiǎn)要分析,更詳細(xì)具體的分析可以參考最后的鏈接),當(dāng)Vgs從0開始上升時(shí)(小于Vth階段,t0-t1),從G端過(guò)來(lái)的正電荷同時(shí)流向了Cgs和Cgd; 流向Cgs的電荷給電容充電,使得G點(diǎn)電位上升;
MOS管米勒電容 CCS電流源模型
流向Cgd的正電荷中和了一部分Cgd下極板的負(fù)電荷,下極板的凈負(fù)電荷減少; 上極板的電位在這個(gè)階段始終等于VDD,因此Cgd兩端的電壓下降,同樣也抬高了G點(diǎn)的電位; 通常Cgs的電容值大于Cgd,所以Cgd這一路的電流相對(duì)很小;
因此,此時(shí)晶體管未開通,iD等于0,Vgs由于G點(diǎn)電位上升而上升,Vds可以認(rèn)為保持不變;
MOS管米勒電容 CCS電流源模型
當(dāng)Vg大于Vth時(shí)(t1-t2),此時(shí)晶體管處于飽和區(qū); 隨著Vgs的增加,iD逐漸增加,Vds略有下降,這個(gè)階段MOS管一直處于飽和狀態(tài);
MOS管米勒電容 CCS電流源模型
從t2時(shí)刻開始,電流iD達(dá)到最大值,此時(shí)MOS管仍然處于飽和區(qū),iD = gmVgs,iD不變時(shí)gm也為常數(shù),因此Vgs保持不變;
Vgs不變說(shuō)明Igs為0,所以此時(shí)Ig = Igd,柵極電壓全部給Cgd充電,形成所謂的米勒平臺(tái);
MOS管米勒電容 CCS電流源模型
從t3時(shí)刻開始,MOS管進(jìn)入線性區(qū),此時(shí)柵極電壓同時(shí)給Cgs和Cgd充電,Vgs開始繼續(xù)上升,溝道也逐漸變寬;
在這個(gè)過(guò)程中,t1-t3時(shí)間段內(nèi)是消耗功耗的,因此,米勒電容的大小對(duì)于MOS管的開關(guān)速度和功耗都是有影響的。
二、CCS電流源模型
在時(shí)序建模時(shí),只考慮標(biāo)準(zhǔn)單元的輸入輸出引腳,輸入引腳對(duì)外部是receiver,輸出引腳對(duì)外部是driver; 然后對(duì)receiver和driver分別建模,以獲取標(biāo)準(zhǔn)單元的時(shí)序特性;
在NLDM模型中,driver model是一個(gè)有固定電阻的電壓源模型,receiver model是一個(gè)單一電容模型。 通過(guò)input transition以及output load查表得到一個(gè)delay值;
MOS管米勒電容 CCS電流源模型
而對(duì)于CCS復(fù)合電流源模型的driver model,由input transition以及output load得到的不再是一個(gè)具體的delay值,而是一組隨時(shí)間變化的電流值,工具根據(jù)輸出電流計(jì)算單元的延遲和功耗;
MOS管米勒電容 CCS電流源模型
receiver model是兩段電容模型, 考慮了米勒電容的影響 。 比如輸入引腳的高低slew閾值是30%和70%,那么(30%,50%)這段時(shí)間的cap值為C1,(50%,70%)這段時(shí)間的cap值為C2,靜態(tài)時(shí)序分析工具會(huì)動(dòng)態(tài)選擇電容值。
MOS管米勒電容 CCS電流源模型
下面兩張圖是CCS在lib庫(kù)中的描述:
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