Tại sao nguồn MOSFET được chỉ định bằng mũi tên?

Tôi biết rằng, một MOSFET cơ bản chứa nguồn và cống, và đó là NMOS hoặc PMOS; nó được chỉ định bởi một mũi tên tại nguồn. Nhưng hãy nhìn vào một NMOS bịa đặt.

Ở đây chúng ta có thể dễ dàng thấy rằng một pin là nguồn hoặc cống hoàn toàn phụ thuộc vào kết nối. Không có kết nối, thiết bị này là đối xứng. Nhưng hãy nhìn vào các ký hiệu MOSFET thông thường. tất cả các biểu tượng đánh dấu một pin là nguồn và một biểu tượng khác là cống. Tại sao vậy ? Tại sao các biểu tượng này không đối xứng như thiết bị?

Khi tôi làm việc trên Cadence, tất cả các ký hiệu sơ đồ đều có các loại ký hiệu này, nơi các nguồn được đánh dấu. Nhưng khi nó được sử dụng để chế tạo, nguồn và cống sẽ được xác định bởi kết nối, chứ không phải bởi ký hiệu.

IC MOSFET không giống với các đối tác rời rạc của chúng

Bạn đã đúng khi sử dụng các MOSFET bốn cực khuếch tán theo chiều ngang (chẳng hạn như các IC tạo ra CMOS CMOS) là các thiết bị đối xứng - chất nền hoặc giếng được kết nối riêng với mức thấp nhất hoặc cao nhất (tùy thuộc vào loại FET nào bạn có) mạch, trong khi nguồn có thể được nâng lên trên / hạ xuống dưới tiềm năng / giếng.

Tuy nhiên , 99% các MOSFET rời rạc được tạo ra trong suốt lịch sử và 100% các MOSFET rời rạc trong sản xuất hiện tại sử dụng một cấu trúc khác - thay vì có nguồn và cống cạnh nhau, cống ở phía dưới và nguồn là trên cùng, với cổng cắt vào FET. Đây được gọi là MOSFET dọc và được mô tả bên dưới ở dạng hiện đại của nó (tức là cấu trúc MOS rãnh - MOSFET dọc ban đầu sử dụng rãnh chữ V cho cổng thay vì rãnh). Các cấu trúc này vốn không đối xứng, và cũng cho vay để kết nối với chất nền với nguồn, do đó hình thành các diode cơ thể là một phần hữu ích đáng ngạc nhiên của thiết bị MOS công suất.

Mũi tên không chỉ ra hướng của dòng chảy, nó chỉ ra điểm nối PN giữa thân và kênh.

Nếu bạn sử dụng ký hiệu 4 cực, thực tế nó thường đối xứng:

Trong thiết kế vi mạch, bộ dụng cụ thiết kế sẽ cung cấp cho bạn tùy chọn sử dụng các ký hiệu này hoặc một cái gì đó giống như chúng, vì cơ thể thường sẽ được gắn với tiềm năng thấp nhất hoặc cao nhất trên toàn bộ IC (có thể linh hoạt hơn cho các thiết bị PMOS trong n- quá trình tốt), không nhất thiết phải đến cùng một thiết bị đầu cuối như nguồn.

Trong thiết kế riêng biệt, nhìn chung bạn bị giới hạn trong việc kết nối thân máy với cùng một thiết bị đầu cuối với nguồn.

Bất kỳ ngã ba PN là một diode (trong số các cách khác để tạo điốt). Một MOSFET có hai trong số chúng, ngay tại đây:

Khối lớn của silicon pha tạp P là cơ thể hoặc chất nền. Xem xét các điốt này, người ta có thể thấy điều khá quan trọng là cơ thể luôn ở điện áp thấp hơn nguồn hoặc cống. Mặt khác, bạn chuyển tiếp phân cực điốt và đó có thể không phải là điều bạn muốn.

Nhưng đợi đã, nó đang trở nên tồi tệ hơn! Một BJT là một bánh sandwich ba lớp vật liệu NPN, phải không? Một MOSFET cũng chứa một BJT:

Nếu dòng thoát cao, thì điện áp trên kênh giữa nguồn và cống cũng có thể cao, vì RDS (bật) RDS (bật) là khác không. Nếu nó đủ cao để phân cực thuận cho diode nguồn cơ thể, bạn không còn có MOSFET nữa: bạn có một BJT. Đó cũng không phải là điều bạn muốn.

Trong các thiết bị CMOS, nó thậm chí còn tồi tệ hơn. Trong CMOS, bạn có cấu trúc PNPN, tạo ra thyristor ký sinh. Đây là những gì gây ra chốt.

Giải pháp: rút ngắn cơ thể về nguồn. Chiếc quần này phát ra cơ sở của BJT ký sinh, giữ nó chắc chắn. Lý tưởng nhất là bạn không làm điều này thông qua các khách hàng tiềm năng bên ngoài, bởi vì sau đó "ngắn" cũng sẽ có độ tự cảm và kháng ký sinh cao, làm cho "sự kìm hãm" của BJT ký sinh không quá mạnh. Thay vào đó, bạn rút ngắn chúng ngay khi chết.

Đây là lý do tại sao MOSFE không đối xứng. Có thể một số thiết kế khác là đối xứng, nhưng để tạo ra một MOSFET hoạt động đáng tin cậy như MOSFET, bạn phải rút ngắn một trong những vùng N đó trên cơ thể. Cho dù bạn làm điều đó, bây giờ nó là nguồn và diode bạn không rút ngắn là "diode cơ thể".

Đây thực sự không phải là bất cứ điều gì cụ thể cho các bóng bán dẫn rời rạc. Nếu bạn có MOSFET 4 cực, thì bạn cần đảm bảo rằng thân máy luôn ở mức điện áp thấp nhất (hoặc cao nhất, đối với các thiết bị kênh P). Trong IC, cơ thể là chất nền cho toàn bộ IC và nó thường được kết nối với mặt đất. Nếu cơ thể ở điện áp thấp hơn nguồn, thì bạn phải xem xét hiệu ứng cơ thể. Nếu bạn nhìn vào mạch CMOS nơi có nguồn không được nối với mặt đất (như cổng NAND bên dưới), điều đó không thực sự quan trọng, bởi vì nếu B cao, thì bóng bán dẫn thấp nhất sẽ bật và một bóng bán dẫn thấp nhất ở trên nó thực sự có nguồn của nó kết nối với mặt đất. Hoặc, B thấp và đầu ra cao, và không có bất kỳ dòng điện nào trong hai bóng bán dẫn thấp hơn.

Thu thập từ: MOSFET: Tại sao cống và nguồn khác nhau?

FYI: Tôi rất hài lòng với câu trả lời chi tiết này mà tôi nghĩ rằng nó nên ở đây. Cảm ơn Phil Frost

Nguồn và cống không phải lúc nào cũng bằng nhau, điều này đặc biệt đúng đối với các thiết bị rời rạc, nhưng cũng có một số bóng bán dẫn tích hợp với cấu trúc khác nhau cho nguồn và cống.

Các bóng bán dẫn tích hợp rất thường xuyên đối xứng, cống và nguồn có thể được sử dụng thay thế cho nhau. Mũi tên ở đầu cuối "nguồn" được sử dụng để chỉ ra loại bóng bán dẫn (NMOS hoặc PMOS) và nó được sử dụng để ánh xạ chính xác nó vào các mô hình bóng bán dẫn cơ bản đôi khi được tham chiếu nguồn. Tất nhiên các thiết bị đầu cuối có thể được sử dụng với cống và nguồn trao đổi và mô hình bóng bán dẫn được đảo ngược.

Cuối cùng, có một số bộ dụng cụ thiết kế trong đó không có mũi tên nguồn để giải thích cho thực tế là các bóng bán dẫn là đối xứng.