MOS管变容特性分析|MOS变容管概述-KIA MOS管
MOS变容管概述
MOS变容管是把MOSFET标准管或稍加改进后的MOS管的源极、漏极以及衬底连接起来，使它变成一个两端器件;所利用的电容是栅极和源极之间的电容。电容的大小受栅极和衬底之间的电压VGB控制。
MOS管变容特性：根据VGB的不同，MOS管工作在不同区域。当|VGB|>|VT|时， 反型载流子沟道形成。
当|VGB|>|VT|时，工作在强反型区域，当PMOS的|VGB|>0或者NMOS的|VGB|<0时工作在积累区。在强反型区和积累区之间还有3个工作区域:缓反型区,弱反型区和耗尽区。
MOS变容管在这些区域中的电容值CMOS随|VGB|变化而变化。普通MOS变容管电容变化是非单调的，只有|VGB|在很小的范围内变化时，才获得近似单调的电容变化特性，电路的调谐范围因CMOS的非单调性而受到限制。
为获得VG在较大范围内变化时CMOS单调变化的特性，可以将MOS管的衬底与其他极断开直接接在电路中的最高电位(PMOS)或最低电位( NMOS)上。
这种方法确保MOS管在VG变化范围较大的情况下不进入积累区，称为反型MOS变容管。
反型NMOS变容特性分析
MOS管变容特性：反型NMOS实现的方式是将源极和漏极连接在一起，衬底接地。变容管可以等效为寄生电阻和电容的串联，其等效电路如图1(a)所示。
变容管的等效电容由Hspice仿真计算得到。由Hspice语句zin(i)求得等效电路输入阻抗的虛部b。等效电路的输入阻抗如式(1)所示。
测量电路如图1(b)所示，电容值随3个因素的改变而改变：电压VG、VDB及MOS管的宽长比W/L。
栅极电压VG对MOS管电容的影响
先设W/L=150，取W=150μm，L=1μm,VDB=0 V,改变VG仿真计算电容的值。电容数值变化如表1所示。
分析数据，由Matlab计算电容最大值与最小值的比值Cmax /Cmin，并拟出栅极电压与MOS管电容值的关系曲线如图2所示。
由图2可见，当VG 在一定范围内变化时，可使变容管的电容值发生较大的变化。由Matlab计算并显示出电容最大值与最小值的比Cmax/Cmin =2.902 4。
MOS管宽长比对电容值的影响
取VG=1 V,VBD=0 V，改变宽长比，仿真计算电容的值。电容数值变化如表2所示。
由Matlab模拟MOS管宽长比与电容值的关系曲线如图3所示。
由图3可见，电容值与宽长比近似成正比，在振荡器电路中，可根据所要求的电容值适当地改变变容管的宽长比得到合适的电容。
NMOS管漏极电压对电容值的影响
取VG=2 V, W=150 μm, L=1 μm,改变VDB仿真计算电容的值。电容数值变化如表3所示。
用Matlab画出MOS管漏极电压与电容值的关系，模拟曲线如图4所示。
由图4可见，当VDB,在一个较小范围内变化时，可使变容管的电容值发生很大的变化。这就是利用控制电压可以改变电容值的原因。由Matlab计算并显示出电容最大与最小值的比值为Cmax/Cmin =3.691 3。
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