什么是MOS寄生模型？MOS寄生模型动态过程分析

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一、‌MOS寄生模型

‌MOS寄生模型‌主要涉及到MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）中的寄生电容和电阻。这些寄生参数，如寄生电容和寄生电阻，是在MOSFET制造过程中由于工艺限制而不可避免地产生的，它们对MOSFET的性能有一定的影响。了解这些寄生模型有助于在高速应用中快速掌握其特性，以及优化MOSFET的性能。

‌寄生电容‌：MOSFET中的寄生电容主要包括本征电容和寄生电容。本征电容出现在沟道中的反型层和耗尽层电荷区，而寄生电容则涉及到源极与漏极之间的电容、栅极与体硅之间的电容等。这些电容在逻辑栅极的转换延迟中起到关键作用，因为它们决定了栅极在一个能够开启（关闭）源漏电流的特定电势下充放电的速度。

‌寄生电阻‌：除了电容外，MOSFET还具有寄生电阻，包括栅极寄生电阻等。这些电阻同样是由于制造过程中的工艺限制而产生的，它们对MOSFET的电流流动和电压分布有一定的影响。

‌等效电路模型‌：为了更好地理解和分析MOSFET的性能，可以构建等效电路模型。这些模型包括NMOS和PMOS的增强型等效电路，以及一般常用导通时的电流流向。了解这些模型有助于在设计电路时考虑到MOSFET的寄生参数，从而优化电路性能。

‌静态参数和动态参数‌：MOSFET的参数可以分为静态参数和动态参数。静态参数包括最大电压、最大电流、最大功率损耗等，这些参数在低频应用中较为重要。动态参数则涉及到高频应用中的性能，如栅极-源极阈值电压等，这些参数对于确定MOSFET的导通状态和截止状态至关重要。

综上所述，MOS寄生模型是一个复杂的电气模型，它包括了MOSFET中的寄生电容和电阻，以及为了分析和设计方便而构建的等效电路模型。了解这些模型有助于优化MOSFET的性能，特别是在高速和高频应用中。

二、MOS的寄生模型动态过程分析

QG（tot）、QGS和QGD都是来自同一栅极电荷曲线的参数。它们描述了在特定条件下，MOSFET需要多少栅极电荷才能切换。这在高频开关应用中尤其重要。当漏极、栅极和源极之间同时发生显著的电压和电流变化时，大部分功率损耗发生在开关期间。在全关闭状态下，存在显著的电压，但电流可以忽略不计。在全导通状态下，存在显著的电流和较小的电压。

栅极电荷参数取决于阈值电压和开关动态以及正在被开关的负载，但电阻负载和电感负载之间存在差异。栅极电荷曲线示例如图1-3所示：

图1-3：QGS的充电如何影响ID，VD，VG

由于电容随电压和电流的变化，在确定开关性能时，最好查看栅极电荷数据，而不是电容数据。如果MOSFET的栅极驱动器电路被限制在特定电流，并且需要快速开关，则情况尤其如此。栅极电荷曲线描述了MOSFET的情况，该MOSFET的漏极被限制在特定的电流和电压。

在此期间，漏极-源极电压开始下降，因为MOSFET上增加的电荷允许更容易的传导。因此，尽管栅极-源极电压是恒定的，但是漏极-栅极电压正在下降。最终，电容停止增加，栅极电荷的任何进一步增加都会增加栅极-源极电压。这种特性有时被称为“米勒平台”，因为它指的是所谓的米勒电容增加的时间。米勒平台也被称为栅极-漏极电荷（QGD）。在此期间，漏极和源极之间存在显著的电流和电压，因此QGD在确定开关损耗时很重要。

一旦达到米勒平台的末端，栅极-源极电压再次增加，但具有比达到QGS之前更大的电容。栅极电荷曲线的梯度在米勒平台之上较小。栅极电荷参数高度依赖于测量条件，不同的供应商经常针对不同的条件呈现其栅极电荷参数，在比较不同来源的栅极电荷参数时要求谨慎。较高的电流导致较高的栅极-源极电荷值，因为平台电压也较高。随着平台的增加，更高的漏极-源极电压导致栅极-漏极电荷和总栅极电荷的值更高。

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