MOS电流模逻辑电路的设计方法和流程 逻辑电路图符号大全
kuaidi.ping-jia.net 作者：佚名 更新日期：2024-06-29
摘 要:本文主要介绍了MOS电流模逻辑电路的特点与整个设计流程中主要的要点和方法,以便今后在设计过程中引起人们对于MOS晶体管使用的重视。 关键词:晶体管 设计 MOS电流模逻辑电路
中图分类号:TM13 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0133-01随着微电子技术的迅猛发展以及手机、数码相机、电脑等便携电子产品的迅速普及与不断发展,MOS电流模逻辑电路的已经得到了广泛的应用于推广。与传统的电压模式控制相比,电路模式控制具有更快的瞬间反应与良好的闭环稳定性,且周期性的过流关断更好的保护着设备与其他器材。MOS电流模逻辑电路作为重要的器件除了有着以上的优点之外,还拥有着高频下降低功率,抗干扰、高速、低功率等特点。
1 MOS电路模逻辑电路设计特点
1.1?MOS管电路的结构特性
从MOS管的主要特性可知,MOS管电路不但工作的基本条件依赖于直流偏置,其使得MOS管一直工作在一个固定直流工作点上,而电路的功能只要是处理交流信号,例如对于交流电的信号放大。根据MOS管电路和信号的特点,就可以直接去确定提供的直流通道和交流通道的过程,即时使用MOS管电路中可以同时处理直流信号与交流信号,两种状态的电流通道可以同时存在于同一个MOS管电路当中。
(1)直流通道提供了电路的工作基础,没有直流通道电路就不能正常工作。同时,直流通道所引起的电路工作状态叫做电路的静态,电路的静态是分析电路的基础。(2)交流通道提供了电路的基本功能特征,交流通道所引起的电路交流状态以静态为基础。不同的静态将会引起不同的交流状态特征,例如电流和电压的变化范围。
从上分析可知,MOS管电路的静态设计直接决定了电路的特性,而实际上使用MOS管的电流镜、差分电路、有源负载等都有上述功能,也就是我们可以使用MOS管的静态特性来确保电路的稳定与保证电路开关不受到影响。
1.2?叠加分析是分析的基本概念
根据当前电子电路的基本理论可知,MOS管电路的交流状态时以静态为主要基础的,即对于交流信号处理的状态时以直流偏置为核心的,因此在整个MOS管电路工作交流与静态直流同时存在时,是否会直接相互影响。如果交流状态对于直流静态有明显的影响,则MOS管的交流状态则无法直接确定。
为了解决上述问题,在半导体电路的分析理论与技术中,根据MOS管静态工作点在特性曲线中的位置,采用线性时不变的分析方法。
(1)如果在交流信号变化范围内,可以把MOS管看成是线性器件,则认为交流状态不会引起静态工作点的变化,即交流状态对静态无影响。(2)如果认为MOS管在分析所限定的时间内,其参数不会发生变化,则认为MOS管是一个时不变器件。只要偏置条件不发生变化,交流状态对静态没有影响,静态工作点也不会变化。根据MOS管跨导:
(1)
可以看出,随着ID的变化,gm也会发生变化。由此可知,MOS管电路分析必须限制交流信号的变化范围,这样做的目的是为了把电路限制在LTI(线性时不变)范围内。
2 MOS管的应用流程方法
在MOS管应用过程中,其主要采用在开关性能应用上,电子开关的电路管理中,它能够保证在突发情况下,保证电器不受到直接的损坏。常见的使用电路在于开关电源和马达驱动,也有照明调光。因此在整个设计流程中应当注意以下几个应用方法,确保MOS管的稳定性。
2.1?低压的应用。
在使用低压电源过程中,如果这时候使用传统的图腾柱结构,由于三极管的be有0.7V左右的压降,导致实际最终加在gate上的电压只有4.3V。如果我们选用标称gate电压4.5V的MOS管就会出现一定的电压风险。如果在3V甚至更低的电压电源场合上也会有一样的风险。
2.2?宽电压的应用
由于输入电压并不是简单的固定值,在很多时候在宽电压的应用会随着时间或者其他因素将会产生变动。这个变动将会导致PWM电路提供给MOS的驱动电压将会出现不稳定,而容易烧坏MOS管。
为了保证MOS管在高gate电压下安全,很多MOS管内置了稳压管强行限制gate电压的幅值。在这种情况下,当提供的驱动电压超过稳压管的电压时,静态电压功耗将会剧烈增加,从而保证了MOS管的稳定。
同时,如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压,就会出现输入电压比较高的时候,MOS管工作良好,而输入电压降低的时候gate电压不足,引起导通不够彻底,从而增加功耗。
2.3?双电压的应用
在一些经典控制电路的应用当中,由于逻辑部分电压采用经典的5V或者3.3V数字电压,而功率部分使用12V甚至更高的电压,两个地方的电压采用共地方式进行连接。这就需要使用一个电路,使得低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管的功耗,并且高压侧也能通过MOS管直接对1和2中的问题进行解决。
3 结语
根据上述分析,可以建立如下几个MOS管电路分析的基本概念有以下几点。
(1)固定电路的偏置后,电路的静态决定了电路的特性。(2)采用MOS管小信号模型对电路进行分析。这实际上意味着小信号是电路的重要约束条件,电路模型和特性只有在信号和静态满足这个条件时才是正确的。(3)分析电路时必须先进行直流分析,确定静态后再分析交流特性。(4)在小信号条件下,MOS管电路的直流分析和交流分析结果满足叠加原理。(5)小信号是MOS管信号处理电路分析和仿真中各种条件设计的基础。(6)必须保证在所限定的信号频率条件下,MOS管和其他元件等效电路模型仍然适用。否则,必须重新建立电路的模型。(7)对于比较复杂的MOS管电路,在确定LTI条件后,可以通过建立电路宏模型的方法对电路进行分析。
上述是MOS管电路的基本分析概念,也是MOS管电路设计、应用流程处理中注意的几个重要方法。
参考文献
[1] M YAMASHINA etal,An MOS Current Mode Logic (MCML) Circuit for Low-Power Sub-GHz Sub GHz Processors[J].IEICE Teans.Electron..,1992,10(10):1881～1187.
[2] H BUI,Y SAVARIA.10GHz PLL Using Active Shunt-Peaked MCML Gates and Imparoved Frequency Acquisition XOR Phase Detector in O,18um CMOS[J].Preoccedings of the 4th IEEE International Workshop on System on-Chip for Real-Time Applications,1994.
[3] 王明全.二叉判定图最优化算法研究综述[J].信息与控制,2004,(10).
模拟电路与数字电路的目录
答：逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看,数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。5.1 数制与BCD码 1225.1.1 数制 1225.1.2 几种简单的编码 1255.2 逻辑代数基础 126逻辑运算又称布尔运算布尔用数学方法研究逻辑问题,成功地建立了逻辑演算。他用等式表示判断,...
电路原理
答：MOSEF有三个工作区:①截止区:UGS UDS,DS为为电阻Ron。用MOSFET可以构成逻辑门电路——是门(缓冲器)和非门(反相器)、与非门和与门、或非门和或门。 分析电路的一般方法有两种——节点电压法和回路电流法。对于一个有b个元件、n个节点、b-n+1个独立回路而言,节点电压法的核心是以节点电压为变量表示支路电流,...
求扇入系数时候要考虑电流单位吗
答：灌入电流是被动的,从输出 端流入的叫灌入电流;拉电流是数字电路输出高电平给负载提供的输出电流,灌 电流时输出低电平是外部给数字电路的输入电流。这些实际就是输入、输出电流 能力。 拉电流输出对于反向器只能输出零点几毫安的电流,用这种方法想驱动二极 管发光是不合理的(因发光二极管正常工作电流为 5~10mA)。
MOS管和IGBT管有什么区别?为什么有些电路用MOS管?而有些电路用IGBT管...
答：MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极性晶体管）是两种不同类型的功率半导体器件，它们在电路设计中有不同的应用和特性。以下是它们之间的主要区别以及为什么选择使用其中之一：1. 架构：- MOSFET：MOSFET是一种场效应晶体管，它基于场效应原理工作。它有一个金属栅极、绝缘氧化物层和...
我准备学习模拟电路和数字电路,请高人给我提供些好方法?
答：我准备学生模拟电路和数字电路,但我初中高中的数学学的特差从来没考及格过,希望高人能提供些好的学习方法和好的书籍,先谢过。... 我准备学生模拟电路和数字电路,但我初中高中的数学学的特差从来没考及格过,希望高人能提供些好的学习方法和好的书籍,先谢过。 展开 ...
MOS管功率放大器电路图的硬件电路设计
答：Q值越高，阻带越窄，陷波效果越好。 功率放大电路往往要求其驱动负载的能力较强，从能量控制和转换的角度来看，功率放大电路与其它放大电路在本质上没有根本的区别，只是功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。本电路采用两个MOS...
模拟电路分析与设计内容简介
答：该教材详细分为10章：绪论、二极管、三极管、场效应管、集成运算放大电路、信号运算电路、功率放大电路、反馈、信号处理与产生电路以及电源。例如，二极管，作为单向导电元件，由p型和n型半导体组成，其PN结结构决定了其独特的电流传输特性。而三极管则是PNP或NPN结构，具有放大、振荡或开关等功能，是电路设计...
电路的相量模型如图所示,试分别用网孔分析和节点分析求解Iom(各电源电压...
答：电路计算一般采用有效值相量，所以首先将电压源电压转化为有效值相量。Us1（相量）=100/√2∠0°=50√2∠0° V；Us2（相量）=100/√2∠53.1°=50√2∠53.1° V。1、网孔分析法，设定网孔电流如下图：网孔1：（5+j5-j5）×I1（相量）-（-j5）×I2（相量）=Us1（相量）=50√2...
MOS管在开关电路的作用
答：改变栅压可以改变沟道中的空穴密度，从而改变沟道的电阻。这种MOS场效应晶体管称为P沟道增强型场效应晶体管。N沟道的MOS管的电路中，BEEP引脚为高电平即可导通，蜂鸣器发出声音，低电平关闭蜂鸣器；P沟道的MOS管是用来控制GPS模块的电源通断，GPS_PWR引脚为低电平时导通，GPS模块正常供电，高电平时GPS模块...
模拟电路与数字电路的区别是什么?
答：VDD、 VCC 常用于表示数字电路的电源+，如5V，3.3V等，VSS 常用于表示数字电路的电源公共端，如GND，VSS是数字电源负极，AVDD一般用于表示模拟电路电源，DVDD一般在有模拟电源情况下才用，表示数字电路电源。“模拟”二字主要指电压（或电流）对于真实信号成比例的再现，它最初来源...
中图分类号:TM13 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0133-01随着微电子技术的迅猛发展以及手机、数码相机、电脑等便携电子产品的迅速普及与不断发展,MOS电流模逻辑电路的已经得到了广泛的应用于推广。与传统的电压模式控制相比,电路模式控制具有更快的瞬间反应与良好的闭环稳定性,且周期性的过流关断更好的保护着设备与其他器材。MOS电流模逻辑电路作为重要的器件除了有着以上的优点之外,还拥有着高频下降低功率,抗干扰、高速、低功率等特点。
1 MOS电路模逻辑电路设计特点
1.1?MOS管电路的结构特性
从MOS管的主要特性可知,MOS管电路不但工作的基本条件依赖于直流偏置,其使得MOS管一直工作在一个固定直流工作点上,而电路的功能只要是处理交流信号,例如对于交流电的信号放大。根据MOS管电路和信号的特点,就可以直接去确定提供的直流通道和交流通道的过程,即时使用MOS管电路中可以同时处理直流信号与交流信号,两种状态的电流通道可以同时存在于同一个MOS管电路当中。
(1)直流通道提供了电路的工作基础,没有直流通道电路就不能正常工作。同时,直流通道所引起的电路工作状态叫做电路的静态,电路的静态是分析电路的基础。(2)交流通道提供了电路的基本功能特征,交流通道所引起的电路交流状态以静态为基础。不同的静态将会引起不同的交流状态特征,例如电流和电压的变化范围。
从上分析可知,MOS管电路的静态设计直接决定了电路的特性,而实际上使用MOS管的电流镜、差分电路、有源负载等都有上述功能,也就是我们可以使用MOS管的静态特性来确保电路的稳定与保证电路开关不受到影响。
1.2?叠加分析是分析的基本概念
根据当前电子电路的基本理论可知,MOS管电路的交流状态时以静态为主要基础的,即对于交流信号处理的状态时以直流偏置为核心的,因此在整个MOS管电路工作交流与静态直流同时存在时,是否会直接相互影响。如果交流状态对于直流静态有明显的影响,则MOS管的交流状态则无法直接确定。
为了解决上述问题,在半导体电路的分析理论与技术中,根据MOS管静态工作点在特性曲线中的位置,采用线性时不变的分析方法。
(1)如果在交流信号变化范围内,可以把MOS管看成是线性器件,则认为交流状态不会引起静态工作点的变化,即交流状态对静态无影响。(2)如果认为MOS管在分析所限定的时间内,其参数不会发生变化,则认为MOS管是一个时不变器件。只要偏置条件不发生变化,交流状态对静态没有影响,静态工作点也不会变化。根据MOS管跨导:
(1)
可以看出,随着ID的变化,gm也会发生变化。由此可知,MOS管电路分析必须限制交流信号的变化范围,这样做的目的是为了把电路限制在LTI(线性时不变)范围内。
2 MOS管的应用流程方法
在MOS管应用过程中,其主要采用在开关性能应用上,电子开关的电路管理中,它能够保证在突发情况下,保证电器不受到直接的损坏。常见的使用电路在于开关电源和马达驱动,也有照明调光。因此在整个设计流程中应当注意以下几个应用方法,确保MOS管的稳定性。
2.1?低压的应用。
在使用低压电源过程中,如果这时候使用传统的图腾柱结构,由于三极管的be有0.7V左右的压降,导致实际最终加在gate上的电压只有4.3V。如果我们选用标称gate电压4.5V的MOS管就会出现一定的电压风险。如果在3V甚至更低的电压电源场合上也会有一样的风险。
2.2?宽电压的应用
由于输入电压并不是简单的固定值,在很多时候在宽电压的应用会随着时间或者其他因素将会产生变动。这个变动将会导致PWM电路提供给MOS的驱动电压将会出现不稳定,而容易烧坏MOS管。
为了保证MOS管在高gate电压下安全,很多MOS管内置了稳压管强行限制gate电压的幅值。在这种情况下,当提供的驱动电压超过稳压管的电压时,静态电压功耗将会剧烈增加,从而保证了MOS管的稳定。
同时,如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压,就会出现输入电压比较高的时候,MOS管工作良好,而输入电压降低的时候gate电压不足,引起导通不够彻底,从而增加功耗。
2.3?双电压的应用
在一些经典控制电路的应用当中,由于逻辑部分电压采用经典的5V或者3.3V数字电压,而功率部分使用12V甚至更高的电压,两个地方的电压采用共地方式进行连接。这就需要使用一个电路,使得低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管的功耗,并且高压侧也能通过MOS管直接对1和2中的问题进行解决。
3 结语
根据上述分析,可以建立如下几个MOS管电路分析的基本概念有以下几点。
(1)固定电路的偏置后,电路的静态决定了电路的特性。(2)采用MOS管小信号模型对电路进行分析。这实际上意味着小信号是电路的重要约束条件,电路模型和特性只有在信号和静态满足这个条件时才是正确的。(3)分析电路时必须先进行直流分析,确定静态后再分析交流特性。(4)在小信号条件下,MOS管电路的直流分析和交流分析结果满足叠加原理。(5)小信号是MOS管信号处理电路分析和仿真中各种条件设计的基础。(6)必须保证在所限定的信号频率条件下,MOS管和其他元件等效电路模型仍然适用。否则,必须重新建立电路的模型。(7)对于比较复杂的MOS管电路,在确定LTI条件后,可以通过建立电路宏模型的方法对电路进行分析。
上述是MOS管电路的基本分析概念,也是MOS管电路设计、应用流程处理中注意的几个重要方法。
参考文献
[1] M YAMASHINA etal,An MOS Current Mode Logic (MCML) Circuit for Low-Power Sub-GHz Sub GHz Processors[J].IEICE Teans.Electron..,1992,10(10):1881～1187.
[2] H BUI,Y SAVARIA.10GHz PLL Using Active Shunt-Peaked MCML Gates and Imparoved Frequency Acquisition XOR Phase Detector in O,18um CMOS[J].Preoccedings of the 4th IEEE International Workshop on System on-Chip for Real-Time Applications,1994.
[3] 王明全.二叉判定图最优化算法研究综述[J].信息与控制,2004,(10).
答：逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看,数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。5.1 数制与BCD码 1225.1.1 数制 1225.1.2 几种简单的编码 1255.2 逻辑代数基础 126逻辑运算又称布尔运算布尔用数学方法研究逻辑问题,成功地建立了逻辑演算。他用等式表示判断,...
答：MOSEF有三个工作区:①截止区:UGS UDS,DS为为电阻Ron。用MOSFET可以构成逻辑门电路——是门(缓冲器)和非门(反相器)、与非门和与门、或非门和或门。 分析电路的一般方法有两种——节点电压法和回路电流法。对于一个有b个元件、n个节点、b-n+1个独立回路而言,节点电压法的核心是以节点电压为变量表示支路电流,...
答：灌入电流是被动的,从输出 端流入的叫灌入电流;拉电流是数字电路输出高电平给负载提供的输出电流,灌 电流时输出低电平是外部给数字电路的输入电流。这些实际就是输入、输出电流 能力。 拉电流输出对于反向器只能输出零点几毫安的电流,用这种方法想驱动二极 管发光是不合理的(因发光二极管正常工作电流为 5~10mA)。
答：MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极性晶体管）是两种不同类型的功率半导体器件，它们在电路设计中有不同的应用和特性。以下是它们之间的主要区别以及为什么选择使用其中之一：1. 架构：- MOSFET：MOSFET是一种场效应晶体管，它基于场效应原理工作。它有一个金属栅极、绝缘氧化物层和...
答：我准备学生模拟电路和数字电路,但我初中高中的数学学的特差从来没考及格过,希望高人能提供些好的学习方法和好的书籍,先谢过。... 我准备学生模拟电路和数字电路,但我初中高中的数学学的特差从来没考及格过,希望高人能提供些好的学习方法和好的书籍,先谢过。 展开 ...
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答：该教材详细分为10章：绪论、二极管、三极管、场效应管、集成运算放大电路、信号运算电路、功率放大电路、反馈、信号处理与产生电路以及电源。例如，二极管，作为单向导电元件，由p型和n型半导体组成，其PN结结构决定了其独特的电流传输特性。而三极管则是PNP或NPN结构，具有放大、振荡或开关等功能，是电路设计...
答：电路计算一般采用有效值相量，所以首先将电压源电压转化为有效值相量。Us1（相量）=100/√2∠0°=50√2∠0° V；Us2（相量）=100/√2∠53.1°=50√2∠53.1° V。1、网孔分析法，设定网孔电流如下图：网孔1：（5+j5-j5）×I1（相量）-（-j5）×I2（相量）=Us1（相量）=50√2...
答：改变栅压可以改变沟道中的空穴密度，从而改变沟道的电阻。这种MOS场效应晶体管称为P沟道增强型场效应晶体管。N沟道的MOS管的电路中，BEEP引脚为高电平即可导通，蜂鸣器发出声音，低电平关闭蜂鸣器；P沟道的MOS管是用来控制GPS模块的电源通断，GPS_PWR引脚为低电平时导通，GPS模块正常供电，高电平时GPS模块...
答：VDD、 VCC 常用于表示数字电路的电源+，如5V，3.3V等，VSS 常用于表示数字电路的电源公共端，如GND，VSS是数字电源负极，AVDD一般用于表示模拟电路电源，DVDD一般在有模拟电源情况下才用，表示数字电路电源。“模拟”二字主要指电压（或电流）对于真实信号成比例的再现，它最初来源...
