負(fù)載寄生電容對(duì)MOS管輸出波形的影響-KIAMOS管

調(diào)試一個(gè)模擬電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)MOS管的輸出波形的上升沿和下降沿總是出現(xiàn)不對(duì)稱的情況，且兩者的斜率相差較大。通過仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)問題出在負(fù)載的寄生電容上，也就是說負(fù)載的寄生電容會(huì)影響MOS管的充放電時(shí)間，進(jìn)而導(dǎo)致MOS管輸出波形出現(xiàn)不對(duì)稱的情況。

現(xiàn)結(jié)合實(shí)際的測(cè)試情況，對(duì)MOS管輸出波形受負(fù)載寄生電容的影響做一下簡(jiǎn)單的分析。

一、NMOS驅(qū)動(dòng)負(fù)載

上圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的NMOS驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電路圖，其中，紅框中是一個(gè)帶有250pF寄生電容的負(fù)載。在斷開反饋回路的情況下，測(cè)得的負(fù)載上的波形如下圖所示。

波形1為負(fù)載之前的波形，波形2為負(fù)載之后的波形。斷開反饋回路。

NMOS管輸出波形受負(fù)載寄生電容的影響分析

N管柵極上升沿時(shí)，漏極處于下降沿狀態(tài)，下降沿時(shí)間約為N管柵極的寄生電容（輸入寄生電容和米勒電容）充電時(shí)間常數(shù)，由于未接限流電阻，所以，充電常數(shù)較小，即漏極的下降沿較短，實(shí)測(cè)只有13ns；

N管柵極下降沿時(shí)，漏極處于上升沿狀態(tài)，上升沿時(shí)間約為5V對(duì)模擬開關(guān)寄生電容的充電時(shí)間，充電電阻200Ohm，負(fù)載電容250pF(Type)，對(duì)應(yīng)充電常數(shù)50ns，實(shí)測(cè)波形上升沿為103ns；

二、NMOS+PMOS驅(qū)動(dòng)負(fù)載

上圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的NMOS+PMOS驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電路圖，其中，紅框中是一個(gè)帶有250pF寄生電容的負(fù)載。在斷開反饋回路的情況下，測(cè)得的負(fù)載上的波形如下圖所示。

NMOS+PMOS輸出波形受負(fù)載寄生電容的影響分析

結(jié)合第一種情況的分析，N管柵極上升沿時(shí)，漏極處于下降沿狀態(tài)，下降沿時(shí)間較短，所以，P管柵極的下降沿時(shí)間也很短，進(jìn)而P管漏極的上升沿也很短，實(shí)測(cè)只有15ns，跟第一種情況相當(dāng)；

同樣，結(jié)合第一種情況的分析，N管柵極下降沿時(shí)，漏極處于上升沿狀態(tài)，5V電源開始給P管柵極寄生電容充電，即P管柵極處于上升沿，P管柵極上升沿時(shí)間約為5V對(duì)P管柵極寄生電容的充電時(shí)間，充電電阻為200Ohm，寄生電容約為73pF(Type)，充電時(shí)間約為15ns；

此階段，P管漏極則處于下降沿，負(fù)載寄生電容250pF開始經(jīng)P管的漏極電阻100Ohm放電，放電時(shí)間常數(shù)為25ns。這個(gè)過程是P管柵極充電使P管關(guān)斷導(dǎo)致負(fù)載寄生電容放電，是一個(gè)相互的作用，不過可以簡(jiǎn)單計(jì)算為15ns+25ns=40ns。實(shí)測(cè)值為92ns。

上面的計(jì)算基本與實(shí)測(cè)值相差2倍，因?yàn)镸OS管的寄生電容充放電是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，不是簡(jiǎn)單的乘積，考慮到這個(gè)因素，可以將計(jì)算結(jié)果乘2，即和實(shí)測(cè)相當(dāng)。

三、總結(jié)

總的來講，如果只使用了N管的電路形式，則要考慮N管的漏極電阻阻值，如果阻值太大，會(huì)影響波形的上升沿，導(dǎo)致上升沿斜率太大；如果阻值太小則要考慮N管的導(dǎo)通電流和漏極電阻的功率問題。

如果使用了N管+P管的電路形式，則要同時(shí)考慮N管和P管的漏極電阻阻值，阻值太大，會(huì)使波形的下降沿變緩，阻值太小則要兼顧MOS的導(dǎo)通電路和電阻的功率問題。

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