【電路設計】PMOS做信號開關設計圖解-KIA MOS管

PMOS做信號開關

下圖是一個典型的PMOS信號開關應用，注意必須是從S極向D極傳送信號，并且D極沒有上拉電阻，有一個大的下拉電阻。

邏輯如下：

EN=1.8V時

A=0V，管子截止，B=0V；

A=1.8V，管子截止，B=0V（實際不是0，見解釋1）.

如上A不能正常傳送到B，相當于開關斷開。

EN=0時

A=1.8V，管子導通，B=1.8V；

A=0V，管子截止，B=0V；

如上A能正確傳送到B，相當于開關導通。

解釋1： 

EN=1.8V，A=1.8V，管子截止，B點電壓并不是0，而是R199，寄生二極管，R200的分壓！我們仿真的結果是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點會連接一個IC的IO輸入，對于輸入，如果軟件沒有配置上下拉電阻（百K級別），輸入電阻將是無窮大，假設就是100Mohm。

下圖是仿真電路，D2相當于寄生二極管。

仿真結果如此，但為什么是這個結果？

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（絕對值）增大而增加，近似計算其阻抗為8Mohm左右。從-200mV開始，VF（絕對值）增加，其反向電流一直維持在-7nA左右。

反向偏壓一直增加，這個值基本不變。一直到規格書上標稱的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VB=0V時，二極管兩端壓差最大，此時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“理想截止區域”。

在理想截止區域，反向電流7nA是關鍵線索，如果B點的對地電阻過大，導致總電流小于7nA，二極管的電壓阻隔作用就會比較差。

B點對地阻抗到底是多少，VB才會等于0V呢，顯然B點對地阻抗為0時，才能實現。現實情況不可能，下面是幾組數據：

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，重點來了：通常，B點對地阻抗是百K級別，VB的電壓都會很小，可以簡單計算為Rx7nA，這時二極管的電壓阻隔作用最明顯！

既然PMOS能做開關，那么能用NMOS做信號開關嗎？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，導致A高B也高，無法截止。

接法二：

EN=0V，NMOS截止（假設B點對地阻抗為100K）；

EN=1.8V，管子導通，A拉高到1.8V，B也被拉高，瞬間Vgs=0V，管子又被截止。因此NMOS不能用作信號開關，仿真結果如下：

如果EN電壓明顯高于A點最高電壓，例如EN=5V，A=1.8V。這時，即使B=A=1.8V，Vgs=5-1.8=3.2V，管子仍然是導通的。因此當EN高電壓明顯高于（至少大Vgsth）傳輸信號的最高電壓時，NMOS也能做開關使用！但一般不用這種方法。

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