耗尽型MOSFET亚阈值电压的应用

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耗尽型MOSFET亚阈值电压的应用

传统的芯片供电电路中，一般是利用电阻限流，稳压二极管稳压。此种方法简单，应用普遍，但也有其一定的缺陷。利用耗尽型MOSFET的亚阈值电压特性，不仅可以很好的起到替代作用，而且性能还优于使用电阻和二极管的供电电路。

MOSFET亚阈值电压原理

耗尽型MOSFET在栅极G端和源极S端之间的电压VGS=0V时，就存在导电沟道，于是：

当VGS=0V时，只要存在漏源电压VDS，就有漏极电流ID在在；

当VGS＞0V时，随着VGS进一步增大，将使ID进一步增加；

当VGS＜0时，随着VGS绝对值的增大使漏极电流ID逐渐减小，直至ID＝0，此时VGS称为夹断电压或阈值电压，用符号VGS(OFF)表示。

亚阈状态是耗尽型MOSFET的一种重要工作状态，这是耗尽型MOSFET的栅极电压VGS处在阈值电压VGS(OFF)以上、导电沟道又没有完全关断的一种工作状态，即是VGS≥VGS(OFF)。这时还是有一股较小的电流通过器件，该电流即称为亚阈电流，此时栅极电压VGS被称为亚阈值电压。亚阈电流虽然较小，但是它却能很好地够受到栅极电压的控制，所以亚阈状态的耗尽型MOSFET在低电压、低功耗应用时很有利。

常用的芯片供电电路

传统的芯片供电电路一般是利用电阻限流，稳压二极管稳压，如图1所示。

                              

图1. 传统的芯片供电电路

采用这种芯片供电电路，具有以下弊端：

• 使用了2个电子元器件；
• 电阻对浪涌电流的抑制效果有限，电流过大还有可能烧毁电阻；
• 电阻将消耗大量功率，并且当输入电压上升时，其功耗将进一步上升。
  

耗尽型MOSFET用于芯片供电电路

图2为耗尽型MOSFET亚阈值电压的应用示意图，用于芯片的供电电路。耗尽型MOSFET的漏极D端接在电路供电端的正极，栅极G端接地，源极S端接芯片电源引脚VCC。利用耗尽型MOSFET的源极S端和栅极G端可将电压钳制在MOSFET的阈值电压附近，以确保能够给芯片提供稳定的电源电压。此时流过耗尽型MOSFET的电流极小，也不会像电阻那样消耗功率，很大程度上降低了电路功耗。

图2. 耗尽型MOSFET亚阈值电压应用电路

提供给IC的电压VCC的电流和电压大小与耗尽型MOSFET的参数，以及IC的内阻有直接关系：

               (1)

式中： 为流过器件漏极的电流；

      IDSS为耗尽型MOSFET的饱和漏极电流；

      R为IC的内阻；

     VGS(OFF)为耗尽型MOSFET的关断电压。

并且：

                                     (2)

以ARK公司的DMZ1521E型器件为例进行计算：

器件的VGS(OFF)典型值为-6V，IDSS典型值为0.6A，以IC的内阻为2kΩ进行计算，可以得到提供给IC的电压VCC为5.6V左右。

总体来说，采用耗尽型MOSFET为IC提供电源具有以下优势：

• 提供给IC的电流电压稳定性好；
• 更高的漏源击穿电压范围使得器件的输入电压范围极宽；
• 简化电路，只使用一个器件即完成相应功能；
• 电路损耗极低。
  

适用对象

这种耗尽型MOSFET亚阈值电压特性的应用电路，适用对象为芯片电源引脚VCC到地引脚GND的等效电阻的阻值较大，且芯片正常工作时所需的电流很小的电路中。

成都方舟微电子有限公司是国内专注入耗尽型MOSFET研发销售的设计公司，公司拥有耗尽型MOSFET以及高阈值电压器件专有设计技术，可以为客户定制设计开发适用的器件。