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如何仿真MOS电容的电压-电容曲线?
栏目:行业资讯 发布时间:2025-03-14
 今天介绍的MOS电容仿真原理基于下面的公式,通过仿真两端口网络的阻抗值,然后间接计算出电容值。  ,将上面式子变换成频率 表达式:上式 中 为虚数符号, 为频率,如果可以得出电容在某一频率下的阻抗值,便可以根据上面的公式推算出具体的电容值。  假设在电容两端施加频率为 的小信号电压 ,电容上流过的小信号电流为 ,那么三者有如下 关系:  恰巧,上面式中小信 号值可以通过ac仿真得到,于是利用上

  今天介绍的MOS电容仿真原理基于下面的公式,通过仿真两端口网络的阻抗值,然后间接计算出电容值。

  ,将上面式子变换成频率 表达式:上式 中 为虚数符号, 为频率,如果可以得出电容在某一频率下的阻抗值,便可以根据上面的公式推算出具体的电容值。

  假设在电容两端施加频率为 的小信号电压 ,电容上流过的小信号电流为 ,那么三者有如下 关系:

  恰巧,上面式中小信 号值可以通过ac仿真得到,于是利用上式,结合小信号仿真,便可以得出MOS电容的电压-电容曲线,这里介绍两种方法。

  首先介绍在电容两端施加交流电压,通过ac仿真得到交流电流,然后利用公式计算出电容值,原理图如下所示。

如何仿真MOS电容的电压-电容曲线?(图1)

  左边为待仿真的MOS电容器,右边为理想电容,用来做对比验证仿真结果的正确性,电压源dc值设置为变量「VB」,ac值设置为1.

如何仿真MOS电容的电压-电容曲线?(图2)

  ADE L中的设置如下,使用ac仿真,在固定频率下扫描电容的偏压「VB」,其中频率固定为 ,根据表达式可知,仿真结果中流过电容的小信号电流值在数值上与电容值相等。

如何仿真MOS电容的电压-电容曲线?(图3)

  仿真结果输出如上图所示,下面的绿色曲线pF,其中误差值来源于固定频率使用了近似数。

  上面红色曲线为MOS电容的电压-电容曲线,曲线形状与课本中内容一致,该工艺下单位面积的容值约为 .

  S参数仿真在模拟电路中使用的频率并不高,主要在高频电路中会用到,S参数仿真的具体内容小目同学也不甚了解,利用S参数仿真可以直接得到两端器件的阻抗信息。

如何仿真MOS电容的电压-电容曲线?(图4)

  S参数的仿真电路图如上所示,需要利用analogLib库中的port器件,并设置其source type参数为dc,DC voltage设置为变量「VB」。

如何仿真MOS电容的电压-电容曲线?(图5)

  按照上面内容设置完port源之后,在ADE L中选择sp仿真,在Ports一栏选择原理图中的port器件,然后在固定频率下扫描电容的偏压「VB」,其中频率固定为 .

如何仿真MOS电容的电压-电容曲线?(图6)

  按照上面内容设置完仿真器之后,直接运行仿真即可,sp仿真可以直接得到port器件两端的阻抗值。

如何仿真MOS电容的电压-电容曲线?(图7)

  仿真结束之后,在ADE L窗口,通过选择:Results-Direct Plot-Main Form,然后在对话框中按照下图所示选择仿真结果。

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如何仿真MOS电容的电压-电容曲线?(图8)

  需要注意的是sp仿真得到的是阻抗值,按照上面公式所述,由于仿真时取频率为 ,所以得到的阻抗值在数值上与电容值的倒数一样,那么对仿真结果取倒数即可得到电容值。

  在选择输出仿真结果时,可以选择Magnitude或者Imaginary两种(两种结果差异可以忽略),不过Imaginary结果其值为负数,这与最开始的理论也是一致的,即:对于理想电容,其阻抗为一个负虚数。下图为处理后的sp仿真结果,黄色曲线pF,其中误 差值来源于固定频率的值使用了近似数,红色曲线为MOS电容的电压-电容曲线。

如何仿真MOS电容的电压-电容曲线?(图9)

  同学暂时没有搞清楚,由于两种仿真的差异很小,所以实际工作中只需要选择其中一种方法即可。以上两种方法不仅适用于MOS电容的电压-电容曲线仿真,而且适用于所有类型电容的电压-电容曲线仿真。