MOS管開啟過程中VGS的台階 公尺勒平台?

2021-10-04 18:02:35 字數 2302 閱讀 3275

最近突然發現乙個現象,nmos管開啟過程中,vgs的上公升沿波形有一段小台階,或者說小回勾,時間為納秒級,回勾出現的位置要比vth稍微高一點,如下圖所示:

開始就沒想過這東西可能是公尺勒平台,以為是反射,但是在訊號末端這個反射點位置好像不太對,調節串阻並不能消除這個回勾,甚至變得更寬,覺得這東西應該就是公尺勒平台了。

還是有點不太信,翻了下datasheet(bss123),有些mos管的datasheet會把這個過程貼出來。

所以,回顧一下公尺勒平台吧。

幾張圖就能解釋:

cgd,cgs,cds為mos管的寄生電容(實際上任何兩極之間都可以存在寄生電容,理論上講,寄生電容和電感是影響cmos電路效能的主要因素)。

一般手冊裡面不會直接寫cgd、cgs、cds這幾個引數,而是用ciss、coss、crss這幾個引數代替(有些甚至連這幾個引數都不寫出來,乙份詳細全面的datasheet是做**件設計的關鍵,畢竟簡單器件還好,幾百上千pin的器件估計就只有晶元設計者自己會用了)。

下面看一下這幾個電容引數有啥作用:

ciss,輸入電容,ds短接後測得,由cgs和cgd併聯得到,即cgs+cgd,想要開啟mos管首先得對這兩個電容充電,影響mos管開啟時間的最直接因素;

coss,輸出電容,gs短接後測得,由cds和cgd併聯得到,即cds+cgd;

crss,反向傳輸電容,在s接地的情況下,測得的d和g之間的電容為反向傳輸電容,即cgd,該電容也叫公尺勒電容。

這三個電容是會隨著vds的增加而減小的,特別是crss和coss,如下圖所示:

輸出特性

轉移特性

截止區:導電溝道還沒形成,mos管處於截止狀態;

飽和區:vds>vgs-vth,vds上公升,id趨於飽和(此時vds增加的部分主要都落在了夾斷區,導電溝道的電壓基本不變,所以id基本不變);

可變電阻區:vds

將mos管開啟時間分解:

t0→t1:當gs兩端電壓達到門限電壓vgs(th)的時候(可以理解為對cgs進行充電),mos管開始導通,這之前mos管處於截止區;

t1→t2:隨著vgs繼續增大,id開始增大,vds開始下降,此時mos管工作在飽和區(如何判斷是在飽和區?直接通過公式可知:vds>vgs-vth,vds-id輸出特性曲線反著分析一遍),id主要由vgs決定,這個過程中vds會稍微有點降低,主要是△i導致g極端一些寄生感抗等形成壓降;

t2→t3:vgs增大到一定程度後,出現公尺勒效應,id已經達到飽和,此時vgs會持續一段時間不再增加,而vds繼續下降,給cgd充電,也正是因為需要給cgd充電,所以cgs兩端電壓變化就比較小(mos管開通時,vd>vg,cdg先通過mos管放電,而後再反向充電,奪取了給cgs的充電電流,造成了vgs的平台);

t3→t4:vgs繼續上公升,此時進入可變電阻區,ds導通,vds降來下來(公尺勒平台由於限制了vgs的增加,也就限制了導通電阻的降低,進而限制了vds的降低,使得mos管不能很快進入開關狀態)。

可以先去了解一下公尺勒效應對cgd的放大作用。

手冊裡面還有一組引數,可以看到qgd是要大於qgs的,cgd比cgs要小,但是cgd的充電電荷卻要比cgs的多,結合公尺勒效應就好理解了。

主要講一下t2-t3這個狀態,隨著vds的減小,cgd迅速增大,使得充電電流也增加,mos管g極路徑的電流主要都被cgd給吸收了,cgs獲得的充電電流比較小,vgs自然就抬不上去了,同時由於整體電容增加,所以公尺勒平台過後,vgs的上公升斜率也會變緩。

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