【電路設(shè)計(jì)】PMOS做信號(hào)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)圖解-KIA MOS管

PMOS做信號(hào)開(kāi)關(guān)

下圖是一個(gè)典型的PMOS信號(hào)開(kāi)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(méi)有上拉電阻，有一個(gè)大的下拉電阻。

PMOS 信號(hào)開(kāi)關(guān)

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(jiàn)解釋1）.

如上A不能正常傳送到B，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

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(kāi)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(guò)程如下：

開(kāi)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(méi)有配置上下拉電阻（百K級(jí)別），輸入電阻將是無(wú)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。

PMOS 信號(hào)開(kāi)關(guān)

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(méi)有阻隔電壓？

有沒(méi)有辦法使VB=0V？

這要從二極管的反向特性著手來(lái)理解這些疑問(wèn)，下圖是一個(gè)二極管的IV曲線：

PMOS 信號(hào)開(kāi)關(guān)

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(kāi)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(shū)上標(biāo)稱(chēng)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(shuō)，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(guò)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)。現(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(lái)，重點(diǎn)來(lái)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(kāi)關(guān)，那么能用NMOS做信號(hào)開(kāi)關(guān)嗎？答案是否定的！如下圖：

PMOS 信號(hào)開(kāi)關(guān)

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(wú)法截止。

PMOS 信號(hào)開(kāi)關(guān)

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(kāi)關(guān)，仿真結(jié)果如下：

PMOS 信號(hào)開(kāi)關(guān)

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(kāi)關(guān)使用！但一般不用這種方法。

PMOS 信號(hào)開(kāi)關(guān)