集成电容的分析-MOS电容与平板电容
电容是一种对电荷信号进行处理的无源器件。与电阻类似,电容在数模混合电路系统中有十分广泛的应用,如运放中的频率补偿、振荡器中的线性充放电电压控制等;此外,积分电路、滤波电路、电源去耦、开关电容电路、延迟电路、启动电路、输入信号的直流隔离等电路结构,都离不开电容器件。当然,不同的应用领域,对电容的精度和线性度的要求不尽相同。在CMOS工艺中,通常采用平板电容和MOS电容两种不同的类型,此外还有与偏置电压有关的PN结非线性电容和引线寄生电容等。平板电容的线性度和一致性良好,而MOS电容的单位面积电容容量大,节省面积。各类寄生电容在电路应用中一般需要进行有效抑制。
①平板电容：线性度和一致性良好
②MOS电容：单位面积电容容量大,节省面积
③PN结非线性电容：与偏置电压有关
④引线寄生电容：一般需要进行有效抑制
一、平板电容
与电阻不同,平板电容的长宽均在同一数量级上,因此电容的相对误差与平板电容的周长面积比有关。通常电容尺寸在一维方向上的绝对误差△e相同,若两电容具有相同的周长面积比,则两电容的匹配精度最高。
与电阻布局相类似,通常采用正方形的单位电容并联结构组成大的电容,通过AB/BA的两维交叉耦合对称分布,得到完全匹配的电容分布。图2-16给出了基本单元电容C并联构成的4C电容版图布局示意图。当A、B代表两个电容时,也可构成1:1的匹配电容。当电容比为非整常数时,应使两电容具有相同的周长面积比。
二、MOS电容
MOS电容由于其电压的非线性特性,通常用于对电容值精度要求不高的场合。MOS电容由源漏及衬底均为短路的MOS管构成,MOS管沟道反型层的电荷分布与栅压的相关。
图2-17给出了MOS电容随栅压VG变化而变化的示意图。显然,在MOS管开启附近,MOS管电容表现明显的非线性特性;只有在远离弱开启的强反型或积累区,MOS管电容保持为Cox栅电容的线性性质。MOS电容的这一变化性质,一方面对电路的稳定设计和非线性失真带来不利影响;但另一方面,却能为电路的动态频率补偿提供有利的支撑条件。
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