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1. 数字集成电路 电路、系统与设计（第二版），周润德 译

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•  为了计算方便，本人编写了MATLAB代码进行计算，需要可至：MATLAB计算CMOS反相器等效负载电容 。资源中也给出了PTM的MOS模型参数。
• 对于MOS的模型参数，可参考：VLSI |计算CMOS反相器的负载电容在BSIM4中的相关参数-CSDN博客

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前言

• CMOS反相器的瞬态响应主要由输出电容CL决定。它包括 NMOS 和PMOS品体管的漏扩散电容、连线电容以及扇出门的输入电容。
• CL尽可能小是实现高性能CMOS电路的关键

         对于反相器而言，其负载电容CL主要涵盖下图所有电容：

        具体的，可以分为本征寄生电容和负载电容两部分。 

 1 MOS管的电容模型

        计算反相器的负载电容之前，需要知道MOS的电容模型及其计算方式，以计算本征寄生电容。 本征寄生电容主要由以下三部分组成：

        MOSFET的电容模型如下所示。其中， C_GS、C_GD由结构电容和沟道电容两部分组成；C_SB、C_DB则由结电容组成；C_GB则只由沟道电容组成。

1.1 栅电容C_G：C_GS、C_GD、C_GB

        栅电容即从栅极到源、漏、体三端的寄生电容。其中，栅到漏级和源级的电容由两部分组成：结构电容（覆盖电容）C_GSOv(C_GDO) 以及沟道电容C_GCS (C_GDO) 。栅到体的电容则只由沟道电容C_GCB组成。以下将分开讲述结构电容和沟道电容。

• 结构电容

        结构电容主要由源漏的横向扩散造成的，从而产生了寄生电容——覆盖电容。这个电容是恒定的。

• 沟道电容

         沟道电容在MOS管的不同工作区有着不同的划分方式，与端口电压大小有关，因此它是非线性的。

         为了计算方便 ，我们将其简化为分段线性函数的形式进行计算，如下表所示。最后将所有沟道电容C_GC和覆盖电容相加，就得到了总的栅电容C_G。

 1.2 结电容：C_SB、C_DB

        结电容则主要由反向偏置的PN结引起的，这是非线性的寄生电容。 计算时，要对底板和侧壁的电容分开计算。

        注意：侧壁只需要计算三条侧壁。

2 CMOS反相器负载电容计算

         CMOS反相器负载电容主要由以下的电容组成：

2.1 栅漏电容C_gd

        C_gd由结构电容（覆盖电容）C_gdo以及沟道电容C_gcd两部分组成。由于在截至和饱和状态C_gcd均为0（见表3.4），因此只需要计算恒定的覆盖电容即可。

        考虑密勒效应，可以由公式进行计算得到栅漏电容。

2.2 结电容 (扩散电容) C_db

         由于扩散电容是非线性的，因此考虑将其线性简化，计算平均后的电容。

         因此，引入乘数因子线性化结电容。

计算此步骤需要注意： 

• 计算得到的Ceq和Ceqsw均为单位面积/单位长度，需要与AD/PF相乘才能得到结果。
• PD只算三条边的长度，不是四条边的周长！

2.3 连线电容

        连线电容取决于连线的长度和宽度，在应用中一般忽略，如有需求则需要另行计算。

2.4 扇出栅电容C_g

        扇出栅电容的计算实质上就是表3.4的总的计算结果C_G，只不过将沟道电容直接简化为恒定值WLCox。同时，还忽略了栅漏电容上的密勒效应。

  此步骤计算时需要注意：

• 公式中的覆盖电容（Cgso_n等）是总的覆盖电容，而如果使用SPICE中的覆盖电容Cgso参数，则是单位长度下的，需要乘以W进行计算。

        之后，将2.1至2.4的电容相加即可得到结果。 

2.5 参考例题