MOS管的開關(guān)應(yīng)用、晶振

1、MOS管、晶振、復(fù)位電路介紹管、晶振、復(fù)位電路介紹編制：盧桂林pMOS管p晶振p復(fù)位電路MOS管一、MOS管的簡(jiǎn)介 MOS管，即在集成電路中絕緣性場(chǎng)效應(yīng)管。MOS即為金屬-氧化物-半導(dǎo)體，這個(gè)名字描述了集成電路中MOS管的結(jié)構(gòu)，即：在一定結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件上，加上二氧化硅和金屬，形成柵極。MOS管的source和drain時(shí)可以對(duì)調(diào)的，都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，兩個(gè)區(qū)是一樣的，即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能，這樣的器件被稱為時(shí)對(duì)稱的。 特點(diǎn)是用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR，但電容量小，耐壓低，一

2、般只適用于功率不超過10KW的電力電子裝置。MOS管二、MOS管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 其主要特點(diǎn)是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層，因此具有很高的輸入電阻，該管導(dǎo)通時(shí)在兩個(gè)高濃度n擴(kuò)散區(qū)間形成n型導(dǎo)電溝道。n溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管必須在柵極上施加正向偏壓，且只有柵源電壓大于閾值電壓時(shí)才有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生的n溝道MOS管。n溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管管是指在不加?xùn)艍?柵源電壓為零)時(shí)，就有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生的n溝道MOS管。MOS管三、MOS管的工作原理 MOS管的工作原理(以N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管)它是利用VGS來控制“感應(yīng)電荷”的多少，以改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達(dá)到

3、控制漏極電流的目的。在制造管子時(shí)，通過工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側(cè)能感應(yīng)出較多的負(fù)電荷，這些負(fù)電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通，形成了導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道，即使在VGS=0時(shí)也有較大的漏極電流ID。當(dāng)柵極電壓改變時(shí)，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變，導(dǎo)電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。MOS管四、MOS管的分類 按溝道材料型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種;按導(dǎo)電方式：MOS管又分耗盡型與增強(qiáng)型，所以MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管分為N溝耗盡型和增強(qiáng)型;P溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。 在實(shí)際應(yīng)用中的只有增強(qiáng)型的N或P溝道MOS管，且常用的是NMOS管，原

4、因是導(dǎo)通電阻小，容易制造。MOS管五、MOS管的導(dǎo)通特性1、靜態(tài)特性 MOS管作為開關(guān)元件，同樣是工作在截止或?qū)▋煞N狀態(tài)。由于MOS管是電壓控制元件，所以主要由柵源柵源電壓UGS決定其工作狀態(tài)。下面以NMOS管為例介紹其特性。 NMOS的特性，VGS大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng))，只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。MOS管2、動(dòng)態(tài)特性(以NMOS管為例） 當(dāng)輸入電壓Ui由高變低時(shí)，MOS管由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電源UDD通過RD向雜散電容CL充電，充電時(shí)間常數(shù)T1=RDCL，所以，輸出電壓UO要通過一定延時(shí)才由低電平變?yōu)楦唠娖?；?dāng)輸入電壓Ui由低變高，M

5、OS管由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，雜散電容CL上的電荷通過RDS進(jìn)行放電，其放電時(shí)間常數(shù)T2=RDSCL?？梢?，輸出電壓UO也要經(jīng)過一定延時(shí)才能轉(zhuǎn)變成低電平。但因RDS比RD小得多，所以，由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)換時(shí)間比由導(dǎo)通到截止的轉(zhuǎn)換時(shí)間要短。MOS管六、MOS管的選用 第一步：確定N溝道還是P溝道 如需低壓側(cè)開關(guān)，應(yīng)采用N溝道MOSFET，這是出于對(duì)開關(guān)或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。如需高壓側(cè)開關(guān)，應(yīng)采用P溝道MOSFET，這是出于對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)的考慮。 第二步：確定額定電流 選擇MOSFET的額定電流，是電路結(jié)構(gòu)而定，該額定電流應(yīng)是負(fù)載在所有情況下能夠承受的最大電流（包括連續(xù)模式和脈沖尖峰）。 第三步

6、：確定熱要求 計(jì)算系統(tǒng)的散熱要求，考慮最壞情況和真實(shí)情況，進(jìn)行MOSFET選擇，確保系統(tǒng)不會(huì)失效晶振一、晶振的基本概念 晶振是電路中常用用的時(shí)鐘元件，全稱是叫晶體震蕩器，它是利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成的。其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于家用電器和通信設(shè)備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩(wěn)定性，故主要用在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中作諧振元件。晶振二、晶振的符號(hào)表示 晶振在結(jié)構(gòu)上分為兩只腳的晶振和三只腳的晶振。晶振三、晶振的作用 晶振是用一種能把電能和機(jī)械

7、能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確地單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，又稱壓控振蕩器(VCO)。 1、為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步，有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 2、晶振與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。晶振四、晶振的工作原理 晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串一個(gè)電

8、容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)。電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低進(jìn)行區(qū)分，其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。晶振五、晶振的分類 晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。 無源晶振需要用DSP片內(nèi)的振蕩器。無源晶振沒有電壓的問題

9、，信號(hào)電平是可變的，也就是說是根據(jù)起振電路來決定的，同樣的晶振可以適用于多種電壓，可用于多種不同時(shí)鐘信號(hào)電壓要求的DSP，而且價(jià)格通常也較低。 有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器，信號(hào)質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的配置電路。晶振六、晶振的應(yīng)用 1、移動(dòng)手持設(shè)備：最常見的移動(dòng)手持設(shè)備是智能手機(jī)，除此之外，典型的還包括Ipad、手持游戲機(jī)、手持POS機(jī)等。 2、消費(fèi)電子：通常包括手提電腦、照相機(jī)、攝像機(jī)、耳機(jī)、音響、平板電腦等。 3、通信網(wǎng)絡(luò)：在通信網(wǎng)絡(luò)通常分有線通信和無線通信。有線通信涵蓋的技術(shù)領(lǐng)域包括：光傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理、連接功能等。無線網(wǎng)絡(luò)涵蓋的技術(shù)領(lǐng)域通常包括基帶、連

10、接接口、無線電等。 4、醫(yī)療電子：常見的醫(yī)療電子設(shè)備包括：X射線成像、磁共振成像、超聲波系統(tǒng)、內(nèi)窺鏡等。復(fù)位電路一、復(fù)位電路簡(jiǎn)介 復(fù)位電路，就是利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)。就像計(jì)算器的清零按鈕的作用一樣，以便回到原始狀態(tài)，重新進(jìn)行計(jì)算。和計(jì)算器清零按鈕有所不同的是，復(fù)位電路啟動(dòng)的手段有所不同。一是在給電路通電時(shí)馬上進(jìn)行復(fù)位操作；二是在必要時(shí)可以由手動(dòng)操作；三是根據(jù)程序或者電路運(yùn)行的需要自動(dòng)地進(jìn)行。復(fù)位電路都是比較簡(jiǎn)單，大都是只有電阻和電容組合就可以辦到了，再?gòu)?fù)雜點(diǎn)就有三極管等配合程序來進(jìn)行了。復(fù)位電路二、復(fù)位電路的工作原理 復(fù)位電路工作原理如右圖所示，VCC上電時(shí)，使電容C充電，在10K電阻上

11、出現(xiàn)高電位電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后，C充滿，10K電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下S22，C放電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。 S松手，C又充電，幾個(gè)毫秒后，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。 復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。復(fù)位電路1、手動(dòng)按鈕復(fù)位 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。復(fù)位電路2、上電復(fù)位 上電復(fù)

12、位電路如圖所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為10ms。在復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將

13、不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器PC將得不到一個(gè)合適的初值，因此，CPU可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。復(fù)位電路三、復(fù)位電路的類型 復(fù)位電路主要有四種類型： 1、微分型復(fù)位電路； 2、積分型復(fù)位電路； 3、比較器型復(fù)位電路； 4、看門狗型復(fù)位電路。復(fù)位電路1、微分型復(fù)位電路 微分型復(fù)位電路如圖所示。其中Ucc與單片機(jī)供電電源Us相連，Urst與單片機(jī)復(fù)位引腳相連。通常情況下，若使單片機(jī)復(fù)位，只需單片機(jī)復(fù)位引腳上保持一定持續(xù)時(shí)間的高電平即可。復(fù)位電路2、積分型復(fù)位電路 上電后，由于電容C的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵后松開，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。復(fù)位電路3、比較器型復(fù)位電路 上電復(fù)位時(shí)，由于組成了一個(gè)RC低通網(wǎng)絡(luò)，所以比較器的正相輸入端的電壓比負(fù)相端輸入電壓延遲一