MOS管开启过程中VGS的台阶——米勒平台?
MOS管开启过程中VGS的台阶——米勒平台?
- 米勒平台
- 1、首先是MOS管
- 2、MOS管特性(NMOS的)
- 3、开启过程
- 4、米勒效应
最近突然发现一个现象,NMOS管开启过程中,VGS的上升沿波形有一段小台阶,或者说小回勾,时间为纳秒级,回勾出现的位置要比Vth稍微高一点,如下图所示:
开始就没想过这东西可能是米勒平台,以为是反射,但是在信号末端这个反射点位置好像不太对,调节串阻并不能消除这个回勾,甚至变得更宽,觉得这东西应该就是米勒平台了。
还是有点不太信,翻了下datasheet(BSS123),有些mos管的datasheet会把这个过程贴出来。
所以,回顾一下米勒平台吧。
米勒平台
几张图就能解释:
1、首先是MOS管
Cgd,Cgs,Cds为MOS管的寄生电容(实际上任何两极之间都可以存在寄生电容,理论上讲,寄生电容和电感是影响CMOS电路性能的主要因素)。
一般手册里面不会直接写Cgd、Cgs、Cds这几个参数,而是用Ciss、Coss、Crss这几个参数代替(有些甚至连这几个参数都不写出来,一份详细全面的datasheet是做好硬件设计的关键,毕竟简单器件还好,几百上千pin的器件估计就只有芯片设计者自己会用了)。
下面看一下这几个电容参数有啥作用:
Ciss,输入电容,DS短接后测得,由Cgs和Cgd并联得到,即Cgs+Cgd,想要开启MOS管首先得对这两个电容充电,影响MOS管开启时间的最直接因素;
Coss,输出电容,GS短接后测得,由Cds和Cgd并联得到,即Cds+Cgd;
Crss,反向传输电容,在S接地的情况下,测得的D和G之间的电容为反向传输电容,即Cgd,该电容也叫米勒电容。
这三个电容是会随着Vds的增加而减小的,特别是Crss和Coss,如下图所示:
2、MOS管特性(NMOS的)
输出特性 | 转移特性 |
---|---|
截止区:导电沟道还没形成,MOS管处于截止状态;
饱和区:Vds>Vgs-Vth,Vds上升,Id趋于饱和(此时Vds增加的部分主要都落在了夹断区,导电沟道的电压基本不变,所以Id基本不变);
可变电阻区:Vds<Vgs-Vth,Id随Vds上升迅速增大。
3、开启过程
将MOS管开启时间分解:
t0→t1:当GS两端电压达到门限电压Vgs(th)的时候(可以理解为对Cgs进行充电),MOS管开始导通,这之前MOS管处于截止区;
t1→t2:随着Vgs继续增大,Id开始增大,Vds开始下降,此时MOS管工作在饱和区(如何判断是在饱和区?直接通过公式可知:Vds>Vgs-Vth,Vds-Id输出特性曲线反着分析一遍),Id主要由Vgs决定,这个过程中Vds会稍微有点降低,主要是△I导致G极端一些寄生感抗等形成压降;
t2→t3:Vgs增大到一定程度后,出现米勒效应,Id已经达到饱和,此时Vgs会持续一段时间不再增加,而Vds继续下降,给Cgd充电,也正是因为需要给Cgd充电,所以Cgs两端电压变化就比较小(MOS管开通时,Vd>Vg,Cdg先通过MOS管放电,而后再反向充电,夺取了给Cgs的充电电流,造成了Vgs的平台);
t3→t4:Vgs继续上升,此时进入可变电阻区,DS导通,Vds降来下来(米勒平台由于限制了Vgs的增加,也就限制了导通电阻的降低,进而限制了Vds的降低,使得MOS管不能很快进入开关状态)。
4、米勒效应
可以先去了解一下米勒效应对Cgd的放大作用。
手册里面还有一组参数,可以看到Qgd是要大于Qgs的,Cgd比Cgs要小,但是Cgd的充电电荷却要比Cgs的多,结合米勒效应就好理解了。
主要讲一下t2-t3这个状态,随着Vds的减小,Cgd迅速增大,使得充电电流也增加,MOS管G极路径的电流主要都被Cgd给吸收了,Cgs获得的充电电流比较小,Vgs自然就抬不上去了,同时由于整体电容增加,所以米勒平台过后,Vgs的上升斜率也会变缓。
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