【電路設(shè)計(jì)】PMOS做信號(hào)開關(guān)設(shè)計(jì)圖解-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2022-04-18
下圖是一個(gè)典型的PMOS信號(hào)開關(guān)應(yīng)用,注意必須是從S極向D極傳送信號(hào),并且D極沒有上拉電阻,有一個(gè)大的下拉電阻。
邏輯如下:
EN=1.8V時(shí)
A=0V,管子截止,B=0V;
A=1.8V,管子截止,B=0V(實(shí)際不是0,見解釋1).
如上A不能正常傳送到B,相當(dāng)于開關(guān)斷開。
EN=0時(shí)
A=1.8V,管子導(dǎo)通,B=1.8V;
A=0V,管子截止,B=0V;
如上A能正確傳送到B,相當(dāng)于開關(guān)導(dǎo)通。
解釋1:
EN=1.8V,A=1.8V,管子截止,B點(diǎn)電壓并不是0,而是R199,寄生二極管,R200的分壓!我們仿真的結(jié)果是0.689V,仿真過程如下:
開始仿真之前,解釋一下R200為何是100M,通常B點(diǎn)會(huì)連接一個(gè)IC的IO輸入,對(duì)于輸入,如果軟件沒有配置上下拉電阻(百K級(jí)別),輸入電阻將是無窮大,假設(shè)就是100Mohm。
下圖是仿真電路,D2相當(dāng)于寄生二極管。
仿真結(jié)果如此,但為什么是這個(gè)結(jié)果?
二極管有反向截止特性,為什么沒有阻隔電壓?
有沒有辦法使VB=0V?
這要從二極管的反向特性著手來理解這些疑問,下圖是一個(gè)二極管的IV曲線:
由圖可知,二極管反向偏壓后,從0到-200mV,其反向電流隨反向電壓VF的(絕對(duì)值)增大而增加,近似計(jì)算其阻抗為8Mohm左右。從-200mV開始,VF(絕對(duì)值)增加,其反向電流一直維持在-7nA左右。
反向偏壓一直增加,這個(gè)值基本不變。一直到規(guī)格書上標(biāo)稱的VF最大值75V后二極管擊穿。VF=-0.2V~-75V之間,其電阻從28Mohm到10.7Gohm逐漸增加。
若要想二極管起到良好的阻隔電壓的作用,就要盡量使二極管占有越大的壓降。比如上圖仿真電路兩種,當(dāng)VB=0V時(shí),二極管兩端壓差最大,此時(shí)二極管起到了最好的阻隔電壓效果。換句話說,要盡量使二極管工作在上圖所示的“理想截止區(qū)域”。
在理想截止區(qū)域,反向電流7nA是關(guān)鍵線索,如果B點(diǎn)的對(duì)地電阻過大,導(dǎo)致總電流小于7nA,二極管的電壓阻隔作用就會(huì)比較差。
B點(diǎn)對(duì)地阻抗到底是多少,VB才會(huì)等于0V呢,顯然B點(diǎn)對(duì)地阻抗為0時(shí),才能實(shí)現(xiàn)?,F(xiàn)實(shí)情況不可能,下面是幾組數(shù)據(jù):
R2=200K,VB=1.38mV,I=6.89nA
R2=1M,VB=6.89mV,I=6.89nA
R2=10M,VB=68.9mV,I=6.89nA
R2=50M,VB=345mV,I=6.89nA
R2=100M,VB=689mV,I=6.89nA
R2=200M,VB=1.38V,I=6.89nA
R2=300M,VB=1.72V,I=5.72nA
接下來,重點(diǎn)來了:通常,B點(diǎn)對(duì)地阻抗是百K級(jí)別,VB的電壓都會(huì)很小,可以簡(jiǎn)單計(jì)算為Rx7nA,這時(shí)二極管的電壓阻隔作用最明顯!
既然PMOS能做開關(guān),那么能用NMOS做信號(hào)開關(guān)嗎?答案是否定的!如下圖 :
接法一:EN=0V,NMOS才有可能截止,寄生二極管的存在,導(dǎo)致A高B也高,無法截止。
接法二:
EN=0V,NMOS截止(假設(shè)B點(diǎn)對(duì)地阻抗為100K);
EN=1.8V,管子導(dǎo)通,A拉高到1.8V,B也被拉高,瞬間Vgs=0V,管子又被截止。因此NMOS不能用作信號(hào)開關(guān),仿真結(jié)果如下:
如果EN電壓明顯高于A點(diǎn)最高電壓,例如EN=5V,A=1.8V。這時(shí),即使B=A=1.8V,Vgs=5-1.8=3.2V,管子仍然是導(dǎo)通的。因此當(dāng)EN高電壓明顯高于(至少大Vgsth)傳輸信號(hào)的最高電壓時(shí),NMOS也能做開關(guān)使用!但一般不用這種方法。
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