電容是一種對電荷信號進行處理的無源器件。與電阻類似,電容在數(shù)模混合電路系統(tǒng)中有十分廣泛的應用,如運放中的頻率補償、振蕩器中的線性充放電電壓控制等;
此外,積分電路、濾波電路、電源去耦、開關(guān)電容電路、延遲電路、啟動電路、輸入信號的直流隔離等電路結(jié)構(gòu),都離不開電容器件。當然,不同的應用領(lǐng)域,對電容的精度和線性度的要求不盡相同。
在CMOS工藝中,通常采用平板電容和MOS電容兩種不同的類型,此外還有與偏置電壓有關(guān)的PN結(jié)非線性電容和引線寄生電容等。平板電容的線性度和一致性良好,而MOS電容的單位面積電容容量大,節(jié)省面積。各類寄生電容在電路應用中一般需要進行有效抑制。
①平板電容：線性度和一致性良好
②MOS電容：單位面積電容容量大,節(jié)省面積
③PN結(jié)非線性電容：與偏置電壓有關(guān)
④引線寄生電容：一般需要進行有效抑制
平板電容
與電阻不同,平板電容的長寬均在同一數(shù)量級上,因此電容的相對誤差與平板電容的周長面積比有關(guān)。通常電容尺寸在一維方向上的絕對誤差△e相同,若兩電容具有相同的周長面積比,則兩電容的匹配精度最高。
與電阻布局相類似,通常采用正方形的單位電容并聯(lián)結(jié)構(gòu)組成大的電容,通過AB/BA的兩維交叉耦合對稱分布,得到完全匹配的電容分布。
圖2-16給出了基本單元電容C并聯(lián)構(gòu)成的4C電容版圖布局示意圖。當A、B代表兩個電容時,也可構(gòu)成1:1的匹配電容。當電容比為非整常數(shù)時,應使兩電容具有相同的周長面積比。
MOS電容
MOS電容由于其電壓的非線性特性,通常用于對電容值精度要求不高的場合。MOS電容由源漏及襯底均為短路的MOS管構(gòu)成,MOS管溝道反型層的電荷分布與柵壓的相關(guān)。
圖2-17給出了MOS電容隨柵壓VG變化而變化的示意圖。顯然,在MOS管開啟附近,MOS管電容表現(xiàn)明顯的非線性特性;只有在遠離弱開啟的強反型或積累區(qū),MOS管電容保持為Cox柵電容的線性性質(zhì)。
MOS電容的這一變化性質(zhì),一方面對電路的穩(wěn)定設(shè)計和非線性失真帶來不利影響;但另一方面,卻能為電路的動態(tài)頻率補償提供有利的支撐條件。
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