Где истощение PMOS транзисторов?

11

В школе меня учили о транзисторах PMOS и NMOS, а также об транзисторах в режиме усиления и обеднения. Вот краткая версия того, что я понимаю:

Улучшение означает, что канал нормально закрыт. Истощение означает, что канал нормально открыт.

NMOS означает, что канал сделан из свободных электронов. PMOS означает, что канал сделан из свободных отверстий.

Улучшение NMOS: положительное напряжение затвора притягивает электроны, открывая канал.
Улучшение PMOS: отрицательное напряжение затвора притягивает отверстия, открывая канал.
Истощение NMOS: отрицательное напряжение затвора отталкивает электроны, закрывая канал.
Истощение PMOS: положительное напряжение затвора отталкивает отверстия, закрывая канал.

Прошло шесть лет с тех пор, как я начал зарабатывать на жизнь проектированием, и, по крайней мере, в одном случае я хотел (или, по крайней мере, думал, что хочу) транзистор с PMOS с истощением. Например, это было хорошей идеей для схемы начальной загрузки для блока питания. Пока что таких устройств, похоже, не существует.

Почему нет истощающих PMOS транзисторов? Мое понимание их неверно? Они бесполезны? Невозможно построить? Настолько дорого построить, что предпочтительна более дешевая комбинация других транзисторов? Или они там, а я просто не знаю, где искать?

Стивен Коллингс
источник
Они просто менее производительны, чем транзисторы с улучшенными характеристиками, и сейчас CMOS является усовершенствованной технологией
clabacchio
В случае GaAs-транзисторов режим обеднения был и остается более распространенным, чем режим усиления. Не спрашивай меня почему.
Телаклаво
Да, даже я задавался вопросом об этом! Некоторая дополнительная информация на случай, если кто-то наткнется на это: Supertex делает несколько хороших мосфетов в режиме истощения n-каналов, используйте их: supertex.com/pdf/misc/d_mode_mosfets_SG_device.pdf У них тоже есть замечания по применению!
Да, мы знаем о NMOS, вопрос конкретно об истощении PMOS!
Федерико Руссо
«Работа без питания: передача аналогового видео» обсуждает одно конкретное приложение, в котором могут пригодиться транзисторы в режиме обеднения.
Дэвидкари

Ответы:

5

Вики говорит ...

В режиме MOSFET в режиме истощения устройство обычно включено при нулевом напряжении затвор-исток. Такие устройства используются в качестве нагрузочных «резисторов» в логических схемах (в логике NMOS с пониженной нагрузкой, например). Для устройств с истощающей нагрузкой N-типа пороговое напряжение может составлять около –3 В, поэтому его можно отключить, потянув затвор на 3 В отрицательно (сток, для сравнения, является более положительным, чем источник в NMOS). В PMOS полярности меняются местами.

Таким образом, для PMOS в режиме истощения он обычно включается при нулевом напряжении, но для отключения необходимо 3 В или более на затворе выше напряжения питания. Где вы взяли это напряжение? Я думаю, именно поэтому это редко.

На практике теперь мы называем их переключателями верхнего уровня или переключателями низкого уровня для мощных полевых МОП-транзисторов. Они предпочитают не совмещать режимы улучшения и истощения в одном чипе, поскольку затраты на обработку почти удваиваются. Этот патент определяет некоторые инновации и лучший физический дизайн. чем я могу вспомнить. http://www.google.com/patents/US20100044796

Это возможно, хотя то, что вы предлагаете, и производительность являются ключевыми вопросами. Однако, когда дело доходит до низкого ESR, MOSFETS подобны управляемым напряжением переключателям с ESR, меняющимся в широком диапазоне напряжений постоянного тока, в отличие от биполярных транзисторов, которые в некоторых случаях составляют от 0,6 до <2 В для максимального пика. Также для МОП-транзисторов конструктивно думать о них как об усилении импеданса от 50 до 100 при взгляде на нагрузки и ESR источника. Так что учтите, что вам нужен источник 100 Ом для управления МОП-транзистором на 1 Ом и источник 10 Ом для управления МОП-транзистором на 10 МОм, если вы используете 100: 1, Conservative составляет 50: 1. Это важно ТОЛЬКО в течение переходного периода коммутатора, а не тока затвора в установившемся режиме.

Принимая во внимание, что биполярный hFE резко падает, поэтому вы считаете, что hFe от 10 до 20 хорошо, когда он насыщен для выключателя питания.

Также примите во внимание, что MOSFETS являются переключателями с управлением зарядом во время перехода, поэтому вы хотите иметь большой доступный заряд для управления емкостью затвора и нагрузкой, отраженной на затвор с приводом затвора с низким ESR, если вы делаете быстрый переход и избегаете коммутационных звонков или перекидные шорты Но это зависит от потребностей дизайна.

Надеюсь, что это не слишком много информации, и патент объясняет, как он работает для всех режимов истощения и улучшения типа PN с точки зрения физики устройства.

Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
источник
2
Одно из применений, которое я могу себе представить, для PFET в режиме истощения с точкой отключения ~ 2 В - это опустошение колпачков для устройства, которое можно включать и выключать. При отключении питания некоторые устройства (сборки) будут долго работать с ВДД около 0,6–0,8 Вольт. Если такое устройство подключено к входу процессора и выводит то, что оно считает «высоким», это может увеличить потребление тока процессором на десятки микроампер. Добавление PFET в режиме истощения, которое ничего не рисовало бы, когда его устройство было «включено», но рисовало несколько сотен микроампер при выключении, могло бы помочь.
Суперкат
Я думаю, что моя путаница с ключом заключалась в том, к какой точке относится напряжение затвора. Ворота всегда ссылаются на источник, но источником является «положительный» терминал в PMOS, где это «отрицательный» терминал в NMOS. Если истощение PMOS происходило через шину 5 В вашей системы, вам потребовалось бы 6 В (относительно общей системы) на затворе, чтобы удержать его. Итак, как вы сказали, где вы берете это напряжение? Я думаю, что он все еще должен работать для моей схемы начальной загрузки, где я использовал резистор / стабилитрон для генерации 15 В для запуска коммутатора, выход которого был 24 В. Истощение PMOS отключит стабилитрон, как только будет установлено напряжение 24 В.
Стивен Коллингс
При дальнейшем рассмотрении все равно не получится так, как я собирался.
Стивен Коллингс
Итак, Тони, ваш ответ (извините) в том, что эта категория транзисторов просто не нужна промышленности. Правильно?
Ale..chenski
Да и нет, да для нового дизайна. В DK все еще имеется около 80 N типов режимов истощения, но 0 типов P и 6,105 типов режимов улучшения (извините, дай или возьмите)
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75