
平台君注意到,芯片中一些MOS管竟然做起了电容,不好好干自己的本职工作,是不务正业还是另有隐情?
使用MOS管构成电容的核心优势在于其天然存在于CMOS工艺中,具备极好的工艺兼容性。并且它还具有集成度高、单位面积电容密度大以及成本低等特点。
此外,MOS电容的一个重要特性是其电容值会随着施加在栅极上的电压发生显著变化。
N管构成的MOS电容纵剖原理图
(图源:IPBrain平台)
MOS管爆改当电容的原理,是把栅与沟道之间的栅氧作为绝缘介质,将栅作为上极板,源、漏和衬底三端短接一起共同组成下极板。
在ADI的ADRV9009射频芯片中,平台君看到压控振荡器(VCO)模块使用的就是MOS电容。
ADRV9009是一款高度集成的射频(RF)捷变收发器,提供双发射器和接收器、集成合成器和数字信号处理功能。
ADRV9009芯片简介
(图源:芯片规格书)
在VCO这个模块中,电容是调节振荡频率的核心器件,与电感构成振荡回路,通过输入电压控制电容值,进而精准调节振荡频率。
振荡频率基本公式:f = 1 / (2π√(L*C))
MOS管等效电容原理图
(图源:网络)
MOS 电容的电容变化是连续且无突变的,相比传统的变容二极管在 PN 结击穿边缘可能出现的电容跳变,MOS电容能确保 VCO 输出频率的平稳调节。
利用极薄的栅氧化层作为介质,MOS电容能够提供很高的单位面积电容值。在寸土寸金的芯片上,意味着可以用更小的面积实现所需的振荡频率。
ADRV9009芯片VCO电路图
(图源:IPBrain平台)
下图是MOS电容的电路图结构:
ADRV9009芯片VCO中MOS电容电路
(图源:IPBrain平台)
下图是MOS电容的图像,S、B、D三端在金属层连在一起。
ADRV9009芯片VCO中MOS电容多晶层图像
(图源:IPBrain平台)
ADRV9009芯片VCO中MOS电容金属层图像
(图源:IPBrain平台)
MOS电容(作为变容管)在振荡器中充当“电子调谐旋钮”,因其与CMOS工艺的无缝集成,使得高性能、低成本的片上压控振荡器成为可能,是现代通信、计算系统的频率生成基石。
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