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  • MOS管的米勒电容与CCS电流源模型介绍
    • 发布时间:2024-07-29 17:21:27
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    MOS管的米勒电容与CCS电流源模型介绍
    一、米勒电容
    MOS管的等效电容如图所示:
    MOS管米勒电容 CCS电流源模型
    在器件的手册中,会给出MOS管的寄生参数,其中输入电容Ciss就是从输入回路,即端口G和S看进去的电容,MOS管导通时的GS电容,是Cgd和Cds的并联;
    输出电容Coss就是从输出回路,即端口D和S看进去的电容,MOS管关断时DS电容,是Cgd和Cgs的串联;
    反向传输电容Crss就是Cgd,也叫米勒电容; 构成了输出回路对输入回路的反馈。
    MOS管米勒电容 CCS电流源模型
    考察MOS管的充电过程(以下给出简要分析,更详细具体的分析可以参考最后的链接),当Vgs从0开始上升时(小于Vth阶段,t0-t1),从G端过来的正电荷同时流向了Cgs和Cgd; 流向Cgs的电荷给电容充电,使得G点电位上升;
    MOS管米勒电容 CCS电流源模型
    流向Cgd的正电荷中和了一部分Cgd下极板的负电荷,下极板的净负电荷减少; 上极板的电位在这个阶段始终等于VDD,因此Cgd两端的电压下降,同样也抬高了G点的电位; 通常Cgs的电容值大于Cgd,所以Cgd这一路的电流相对很小;
    因此,此时晶体管未开通,iD等于0,Vgs由于G点电位上升而上升,Vds可以认为保持不变;
    MOS管米勒电容 CCS电流源模型
    当Vg大于Vth时(t1-t2),此时晶体管处于饱和区; 随着Vgs的增加,iD逐渐增加,Vds略有下降,这个阶段MOS管一直处于饱和状态;
    MOS管米勒电容 CCS电流源模型
    从t2时刻开始,电流iD达到最大值,此时MOS管仍然处于饱和区,iD = gmVgs,iD不变时gm也为常数,因此Vgs保持不变;
    Vgs不变说明Igs为0,所以此时Ig = Igd,栅极电压全部给Cgd充电,形成所谓的米勒平台;
    MOS管米勒电容 CCS电流源模型
    从t3时刻开始,MOS管进入线性区,此时栅极电压同时给Cgs和Cgd充电,Vgs开始继续上升,沟道也逐渐变宽;
    在这个过程中,t1-t3时间段内是消耗功耗的,因此,米勒电容的大小对于MOS管的开关速度和功耗都是有影响的。
    二、CCS电流源模型
    在时序建模时,只考虑标准单元的输入输出引脚,输入引脚对外部是receiver,输出引脚对外部是driver; 然后对receiver和driver分别建模,以获取标准单元的时序特性;
    在NLDM模型中,driver model是一个有固定电阻的电压源模型,receiver model是一个单一电容模型。 通过input transition以及output load查表得到一个delay值;
    MOS管米勒电容 CCS电流源模型
    而对于CCS复合电流源模型的driver model,由input transition以及output load得到的不再是一个具体的delay值,而是一组随时间变化的电流值,工具根据输出电流计算单元的延迟和功耗;
    MOS管米勒电容 CCS电流源模型
    receiver model是两段电容模型, 考虑了米勒电容的影响 。 比如输入引脚的高低slew阈值是30%和70%,那么(30%,50%)这段时间的cap值为C1,(50%,70%)这段时间的cap值为C2,静态时序分析工具会动态选择电容值。
    MOS管米勒电容 CCS电流源模型
    下面两张图是CCS在lib库中的描述:
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