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集成PMOS管变容特性分析与仿真建模
来源:本站整理  作者:佚名  2011-07-26 15:22:05




2.2 PMOS管变容特性仿真
2.2.1 变容管准静态特性的HspICe仿真
    为获得式(5)中所需的基本参数,且便于和理论分析的特性曲线作对比,选取Charted 0.35μm工艺库,用Hspiee对PMOS管连接的变容器与以固定电容器相串联,离散加入一系列静态偏压,根据分压逐一地得到PMOS变容器的容值和对应的偏压。仿真时,PMOS管尺寸取L=1μ,W=7.1μm,得到逐点仿真的准静态拟合曲线如图4所示。

l.JPG


    这个曲线的走势与理论分析的变化趋势一致。
2.2.2 变容管高频特性的Matlab仿真
    取L=1μm,分别对W=7.1μm,W=4.3 μm两种情形用Matlab仿真。其他参数为:&epSILon;s=11.7×8.854×10-12F/m,γ=1/2,VFB=-1.95V,Na=5×1021m-3,ni=1.5×1014m-3,tox=7.46×10-9m,绝对温度T为300K,VT=-0.8427V,e为基本电荷的电量;εox=3.9×8.854×10-12 F/m。仿真得到的PMOS变容器高频特性VBG—CV曲线如图5所示。可见,不同尺寸的PMOS变容管,其最大、最小电容有别,随WL的增大二者均有所增大,相当于极板正对面积增大。这就是设计中确定变容范围的依据。
2.2.3 变容特性仿真结果的对比
    为了说明所建模型的正确性,将尺寸为L=1 μm,W=7.1μm的PMOS管用HSpice仿真的准静态变容特性曲线与用Matlab分别仿真L=1μm时W=
7.1μm,W=4.3 μm的高频变容特性曲线放在同一VBG—CV坐标上比较,如图6所示。

b.JPG


    可见,PMOS变容特性在准静态与高频特性分离以前曲线吻合得很好。由于HSpiee仿真与具体工艺参数相结合,可以认为仿真曲线为实际准静态特性,而用Matlab对高频模型仿真所得到的高频变容特性曲线为模型曲线。并且二者共同完成了对PMOS电容器连接的变容特性描述,其结果和分析结果与图2一致。

3 结语
    本文对PMOS用作变容管时的特性进行了研究,用HSpice对准静态特性进行仿真描绘,从而确定了一些关键点。在此基础上,建立了高频变容特性的简化模型,用Matlab对模型进行了仿真,并与HSpice得到的准静态结果局部比对、与理论分析总体比对均说明了结果的正确性。  
    该模型补充了与CMOS工艺兼容的变容管设计时在高频情况下的仿真问题;它能够描述管子压控变容显著区段的变化规律。此模型算法可以嵌入到仿真工具里,较为准确地反映控制电压信号的频率在10 kHz以上变容管特性;针对不同的CMOS工艺,修改变容指数即可,因而,此模型有普遍的适用性和较强的移植性。

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