MOS管在低功耗系统中的应用

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万里-363223 发布时间：2015-1-13 09:41

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本帖最后由万里-363223 于 2015-1-13 09:42 编辑

又是一个关于低功耗应用中的案例，这次是关于mos管的特性引发的一个小问题，呵呵，我比较喜欢将问题分析过程也发上来供大家参考，授人以渔不如授人以渔，我将整个过程分享给大家是希望大家能够从中找到适合自己的知识点，同时也不是直接告诉你不能这样用，不能那样用，我写的类似一个小故事，大家耐心的看完就好像自己做了一次这样的实验一样，这样能够加深印象，避免再次走弯路，同时一个好的工程师不应该是首先要有足够的耐心吗？

描述如下：按客户要求设计一款可以待机90天的终端产品，这真是有点强人所难啊，同样也是由于终端外壳的体积限制无法使用大容量的电池，最终选用了3.7V 2400mah的一款锂电，由于此款终端客户要求24小时激活一次，正常工作10分钟，通过计算得知该款终端在休眠时电流必须在100ua一下，才能达到要求，经过长时间的研究和论证得出硬件方案，理论上在深度休眠时终端电流可下降至50ua左右，满足客户要求，于是按正常流程走：原理图-PCB-样机，样机出来后，经过测试排除一些设计上小bug（飞了n跳线，哈哈）基本上正常工作了，休眠电流在43ua，一次成功，非常兴奋，对自己的佩服简直是犹如滔滔江水连绵不绝啊，哈哈，但是，“首次打板样机100%不可能一次成功定律”发挥了威力，样机在进行高温（+75度）时出现了意外情况，测试人员反应，在高温想加热到75度时，终端无法进入深度休眠，具体表现为10分钟重启一次，拿到常温行冷却一会就好了，听到这个消息第一反应就是肯定有元器件虚焊了，在高温下焊点开裂，常温下焊点又闭合，因为是手焊接的样板这种现象一点也不奇怪，于是把相关深度休眠的电路部分重新用烙铁焊一遍，再次放进高温箱进行测试，结果现象依旧，看来不是虚焊的问题，介于这种故障现象还有一种可能就是某元器件的热稳定性不好，在高温下失效，于是就用热风枪对着相关电路挨个吹，同时进行电流电压监控，果然，在机器进入休眠时，随着热风枪的温度升高的不断升高，导致阈值电压降低，进而流过的电流自然就大了，到了70度左右，Q10开关失效，如上图所示，硬件工程师在设计电路时由于考虑到低功耗，所以使用的较多的场效应管，由于MOS的特性，随着温度的升高，导致阈值电压降低，进而流过的电流自然就大了，随着Q10漏电流的增加在R22上面产生的压降就越大，于是Q11这个低功耗主要控制器件就从截至状态慢慢的进入到了饱和导通状态，于是将原Q11更换为普通的NPN三极管故障排除（Q10漏电流不足导通三极管）。

总结一下场效应管与三极管的比较：

1.场效应管的源极S、栅极G、漏极D分别对应于三极管的发射极E、基极B、集电极C，它们的作用相似。

2.场效应管是电压控制电流器件，由VGS控制iD，其放大系数gm一般较小，因此场效应管的放大能力较差；三极管是电流控制电流器件，由iB（或iE）控制iC，驱动能力强。

3.场效应管栅极几乎不取电流（ig>>0）；而三极管工作时基极总要吸取一定的电流。因此场效应管的输入电阻比三极管的输入电阻高

4.场效应管只有多子参与导电；三极管有多子和少子两种载流子参与导电，因少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，所以场效应管比三极管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。

5.场效应管在源极未与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使用，且特性变化不大；而三极管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大， b 值将减小很多。
6.场效应管的噪声系数很小，在低噪声放大电路的输入级及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。

7.场效应管和三极管均可组成各种放大电路和开关电路，但由于前者制造工艺简单，且具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因而被广泛用于大规模和超大规模集成电路中。

总起来说，在设计场效应管电路时需要考虑的更多，比如由于其输入阻抗高，就必须要考虑电路的抗干扰性能，正是因为输入阻抗太高所以小小的一点干扰即可造成mos管的一个动作，还有就是场效应管无法做到像三极管那么高的电压，当然现在的三极管和场效应管复合型器件IGBT已经能做到很高的电压了，mos管由于其特性比较适合做开关用，在低功耗产品中比三极管有优势。

注意：用mos管来驱动mos管需要注意的问题很多。