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电容模型

热度 14已有 9934 次阅读| 2011-10-20 16:30 |个人分类:模拟电路设计

上一篇里说小信号模型,其实漏了电容,所以只是一个直流小信号模型。要讨论交流信号的传输,就离不开电容(在一般的模拟电路设计中,电感出现的概率太小)。
其实对于电容,说起来也好理解,也不好理解。通常在饱和区,大家都知道有cgs,cgd,等等,而每个电容里都包括覆盖电容和本征电容,覆盖电容是由于加工造成的寄生性质电容,本征电容是无论如何都存在的,由于器件特性造成的电容。而大家更为熟悉的就是在饱和区,cgs=2/3cox*Area,是各个电容中最大的,但是cgd则由于miller效应,会被倍乘。
这里就说说一般不注意的几个问题。如果用软件仿真,会发现不仅有cgs,还有csg,不仅有cgd,还有cdg,更有cgg,cdd,css等。这又是怎么一回事呢?更常见的一个问题就是设计电路时,常常有人说这个栅上的等效电容就是cgg,所以如果前级接栅,可以用cgg算负载电容,这样说对吗?
结合我查的文献和自己的理解,在这里大概说明一下。
首先一点,c的定义是什么,应该是dQ/dv,而Q是什么,如果是通常的平板电容,两个极板的Q是一样的,只是符号相反。可是在mos这里就有问题了。当在饱和区时,source和drain通过沟道被连在了一起,所以你说哪里是source的电荷哪里又是drain的电荷呢?因此这时就需要精确区分Q了。
所以这里的C,书上叫非互易电容,就是Cij!=Cji,而定义是什么呢Cij=dQi/dVij。所以cgs和csg是不一样了。那是不是不能区分Qs和Qd,就变成糊涂账了呢?也不是,器件物理里根据若干若干假设,还是成功的吧沟道电荷Q划分开了,而不同的模型划分方法也有所不同,通常是4、6开,有的还给用户留了个口子,可以自定义,所谓的xpart。
虽然变复杂了,但是从我个人的感觉,cgs和csg似乎差别也不大,cgs和cgd的比例也和原来差不多,所以不追求精确只做估计,原始的模型没什么问题(根据一些人的反映,cgs和csg还是有较大差别的)。
至于第二个问题,cgg是什么,是不是这点的所有负载电容,是不是可以当运放的负载电容?前面说了,有cij 的电容形式,但是这些电容也不是完全独立的,比如cgs+cgd+cgb=csg+cdg+cbg,如此类型的关系始终存在。那么自然可以定义cgg为cgi之和,其中i=s,d,b。从这个意义上说,这个电容真的很像该点的电容之和。
可是要是用它直接当该点的负载电容,那就犯了严重错误了。为什么?因为假如可以这样干,那还讨论miller效应干什么,我们的仿真器也不用费尽心思优化耦合电容的计算了,一切都很简单了。我们必须记住一点,从某点看去的等效c,实际是和这点以及c的另一端电压如何变化有关的。举例而言,除了miller效应这个例子之外,还可以想另一种情况,电容的两端同样大小的变化,那么这个电容上的电荷不会有任何变化,也就不会有电流流入或者流出,这就是一种有源屏蔽的原理所在。
为什么要强调这个问题呢?因为在做gain boost时,不止一个人给我说,gaiboost小运放的负载电容就是它所连接的cascode管子的cgg。我想这样讨论过这后,应该不会有人这么简单的回答这个问题了。

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刚表态过的朋友 (13 人)

发表评论 评论 (8 个评论)

回复 greenalau 2012-12-26 15:24
对于gainboost中小运放的实际负载,好像也没看到什么人去做理论推导,当然也是因为我读的文献太少,如果有人看到,可以推荐一下。 即使直接将输入管挂在小运放的后面,似乎出来的等效负载也不太正确,是否是输入管工作点不正确呢? 倒是不止一个人跟我说过最终主要还是看整体的瞬态仿真是否稳定,而小运放的AC仿真只能是参考。类似的情况好像在ldo中也有人这么处理的。不知道是否很绝对,不过似乎也没有更好的办法?
回复 greenalau 2012-12-26 15:32
另外还有一个疑问就是MOS电容是否可以做一个较为准确的电容? 在目前IC价格战中,节约一层mask毫无疑问比缩小芯片面积更加有利。 可惜的是MOS电容随电压变化太大,当然也有书中提过利用积累区电容值,但是曾经做过实验,似乎使管子处于积累区后电容值随电压变化还是比较大,只不过是个二维曲线。 另一个疑问就是从CV曲线来看,强反型区的Cgs也是恒定的,为啥不提用强反型区的电容,而只提积累区电容呢?
回复 gaojun927 2012-12-31 21:36
原帖由greenalau于2012-12-26 15:24:38发表 对于gainboost中小运放的实际负载,好像也没看到什么人去做理论推导,当然也是因为我读的文献太少,如果.
最经典的理论分析就是jssc上那篇。但是那篇是认为小运放后面跟一个对地电容。这样做是为了理论和实践的平衡。如果真要讨论后面跟的是cgs和cgd,那么也可以进一步分析,但分析的结果很难化简,没法给出清晰的图像,所以不如不做。
回复 gaojun927 2012-12-31 21:42
原帖由greenalau于2012-12-26 15:32:46发表 另外还有一个疑问就是MOS电容是否可以做一个较为准确的电容? 在目前IC价格战中,节约一层mask毫无疑问.
mos管做电容,是挺常见的做法,我在实践中见过。至于用积累区还是反型区,我也都有见过。从电路使用角度看,主要区别是在正常工作时gate和source的电压。从c-vgs的曲线看,两头都是不错的,就中间有一段有问题。不过中间这段会严重影响这种电容在电路中的应用,因为很多时候vgs并不是很狭窄的一个范围。
回复 我没有零钱 2022-11-25 00:26
没看懂
回复 硅下亡魂 2023-2-17 19:54
饱和区的时候不是沟道断了吗?你不要骗我

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