集成PMOS管变容特性分析与仿真建模

摘要：为适应PMOS变容管在集成电路设计中的晶体管级仿真，在分析MOS变容管特性的基础上，通过确定关键点、以曲线拟合的方法建立与工艺参数相关的PMOS集成变容管高频特性模型。选用Charted 0．35μm这个特定的工艺库，并离散地改变电容连接的PMOS静态偏压、用HSpice仿真并对寄生电容提取后描绘出变容特性的准静态曲线；用Matlab对所建的简化高频变容模型进行仿真、得出高频变容曲线。仿真与理论结果相比较表明：PMOS管变容特性曲线与理论曲线的变化趋势吻合；2种仿真对变容显著区吻合较好。从而证明了PMOS集成变容管高频简化模型的正确性。
关键词：PMOS管；准静态曲线；特性曲线；高频特性模型；变容模型

0 引言
变容管是压控振荡器、调频器、锁相环等电路的关键部件。传统的分立电子线路常采用特制的二极管作为变容管，所用材料多为硅或砷化镓单晶，并采用外延工艺技术。自动频率控制(AFC)和调谐所用的小功率变容二极管通常采用硅的扩散型二极管，也采用合金扩散、外延结合、双重扩散等特殊工艺制作。作为压控器件，这些传统变容二极管的品质因数很小，并且工艺也有特别的要求。这将不便和CMOS工艺兼容从而限制了它在CMOS模拟集成电路中的应用。因而，研究用CMOS工艺制作具有变容特性的MOS管代替一般变容二极管是普通工艺下IC设计很有意义的一项工作。虽然，人们对MOS电容的压控变容特性进行了广泛而深入的研究，但对CMOS工艺集成的PMOS作变容管的研究并不多见。本文针对CMOS工艺下的PMOS压控变容特性进行研究，并对其高频交变压控特性建模，为CMOS工艺兼容高频电路的晶体管级仿真提供简化模型。

1 MOS结构电容的压控特性分析
1．1 理想MIS结构电容的压控特性
根据半导体表面电场效应，通常按照多子堆积状态、多子耗尽状态及少子反型状态3种彼此孤立的理想情况对MIS结构电容的压控特性进行理论分析。但实际上，3种情况间出现过渡过程，如堆积状态与耗尽状态间经过有平带状态、耗尽状态过渡到反型状态经历弱反型直至强反型态，所以其压控特性是连续变化的。倘若交变电压频率较高时，反型层中少子的产生与复合跟不上外电场的变化，其数量基本不变、空间电荷区的电容仍然由耗尽区的电荷变化决定的。因此，在反型区内电容的压控特性有准静态和高频情形之区别，如图1所示。