EPAD MOSFET 在以適當(dāng)?shù)臇艠O電壓開(kāi)啟時(shí)充當(dāng)開(kāi)關(guān)，其中在漏極和源極端子之間形成導(dǎo)電通道。源極端子作為輸入，漏極端子作為輸出。開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻取決于由柵極電壓控制的溝道導(dǎo)通電流。在這種情況下，如果使用增強(qiáng)型器件，則可以通過(guò)柵極端子上的正偏置電壓打開(kāi)開(kāi)關(guān)，信號(hào)從源極傳播到漏極端子。信號(hào)本質(zhì)上可以是數(shù)字的或模擬的，只要用戶(hù)考慮相對(duì)于開(kāi)關(guān)通道導(dǎo)通電阻的輸入和輸出阻抗水平。

可以通過(guò)將柵極接地或?qū)艠O電壓設(shè)置為低于閾值電壓 0.4V 或更低來(lái)關(guān)閉開(kāi)關(guān)。導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)可以傳遞高達(dá)柵極電壓減去 Vgs(th) 的信號(hào)電壓。當(dāng)使用 EPAD MOSFET 陣列系列應(yīng)用時(shí)，EPAD MOSFET 開(kāi)關(guān)的最小工作電壓受關(guān)斷狀態(tài)漏電流的限制。在這種情況下，使用前面提到的亞閾值特性，模擬或數(shù)字開(kāi)關(guān)可以在 0.4V 至 0.2V 范圍內(nèi)的最小電源下運(yùn)行。

EPAD MOSFET 常開(kāi)開(kāi)關(guān)

常開(kāi)開(kāi)關(guān)是指當(dāng)柵極處于接地電壓或不存在電源電壓時(shí)通常已經(jīng)打開(kāi)的開(kāi)關(guān)。此功能類(lèi)似于常閉 FORM B (NC) 繼電器，當(dāng)繼電器線圈未通電時(shí)，觸點(diǎn)已經(jīng)閉合，并且需要電壓源為繼電器線圈通電以打開(kāi)觸點(diǎn)。耗盡型 EPAD MOSFET 是自然常開(kāi)器件，當(dāng)柵極上存在 0.0V 偏置時(shí)，傳導(dǎo)通道已經(jīng)存在。當(dāng) Vds 處于低電平時(shí)，所得導(dǎo)電通道的行為類(lèi)似于電阻器。

但是，請(qǐng)注意，由于柵極的高輸入阻抗，柵極電壓可能會(huì)“浮動(dòng)”到非零值。在實(shí)際電路中，希望將柵極接地、將固定電阻器連接到柵極或以其他方式控制柵極可用的電壓。

B 型繼電器和 EPAD MOSFET 陣列系列之間的主要區(qū)別在于 EPAD MOSFET 具有更高的導(dǎo)通電阻并在低電壓 (<10v) 在使用零閾值 MOSFET 作為開(kāi)關(guān)的情況下，信號(hào)可以通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娐放渲脧?V+ 軌傳遞到 0.0V 軌。但是，除非可將相對(duì)于源極電壓的負(fù)電壓施加到柵極以關(guān)閉 EPAD MOSFET，否則無(wú)法關(guān)閉常開(kāi)開(kāi)關(guān)。

重新安排電路配置，零閾值MOSFET也可以用作高側(cè)開(kāi)關(guān)，它可以通過(guò)接近或處于V+電位的高電平信號(hào)。要打開(kāi)這樣的開(kāi)關(guān)，將柵極連接到 V+ (Vg = V+)。假設(shè) V+ 至少為 +0.4V，將柵極接地將關(guān)閉此開(kāi)關(guān)。

同樣，其他耗盡型 EPAD MOSFET 也可以用作高側(cè)開(kāi)關(guān)或常開(kāi)開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)都有相應(yīng)的常開(kāi)導(dǎo)通電阻值和相應(yīng)的關(guān)斷電壓。可以在所需的導(dǎo)通電阻與調(diào)制和/或打開(kāi)和關(guān)閉開(kāi)關(guān)所需的柵極電壓之間進(jìn)行權(quán)衡。

EPAD MOSFET 電流源和電流鏡

顯示了一個(gè)基本的電流源。許多使用傳統(tǒng) MOSFET 的電流源設(shè)計(jì)可以使用 EPAD MOSFET 系列來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面提出兩個(gè)值得討論的特殊注意事項(xiàng)。

首先，通過(guò)使用低閾值增強(qiáng)型 EPAD MOSFET，例如 ALD110902(Vgs(th)= 0.20V 的雙版本)，電流源開(kāi)始在非常低的輸出電壓下運(yùn)行。這種低輸出電壓擴(kuò)展了電流源的有用輸出電壓范圍。輸出可以在較早的電壓下開(kāi)始提供(吸收)電流，從而擴(kuò)大電流源的有用信號(hào)范圍。此外，如果電流來(lái)自低電平電流源，則輸出電壓可以一直擴(kuò)展到接近地電位。

其次，通過(guò)使用零閾值 MOSFET，例如 ALD110900(雙通道，Vgs(th)=0.00V)，電流源可以在零電源電壓下開(kāi)始運(yùn)行，其中 V+ = 0.0V。借助控制或調(diào)制電壓，該電流源可配置為常開(kāi)電流源，在輸出端以 0.0V 開(kāi)始吸電流，但也可通過(guò)外部施加的控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制或關(guān)斷。

低壓 EPAD MOSFET 振蕩器

另一個(gè)廣泛使用的電路功能是 RC 振蕩器，顯示了一個(gè)低壓 EPAD MOSFET RC 振蕩器。在該電路中，U1A、U1B 和 U1C 與反饋電阻和電容網(wǎng)絡(luò) R4、Cosc 和 R5 構(gòu)成基本的三級(jí)振蕩器。振蕩器工作在幾赫茲到千赫茲的低頻范圍內(nèi)。使用 U1D 作為輸出緩沖級(jí)對(duì)輸出進(jìn)行分接和緩沖。輸出級(jí)的電源由 Vl 提供。V1 可以是 V+ 或不同的值，具體取決于所需的輸出高電平。如果 V1 處于不同的電壓電平，則輸出緩沖器也充當(dāng)電平轉(zhuǎn)換器。

使用低閾值增強(qiáng)型 EPAD MOSFET，例如 ALD110802(Vgs(th)= 0.20V 的四通道)，該振蕩器的一個(gè)示例在低于 0.2V 的電源電壓和低于 70nW 的功率下運(yùn)行。

超低電壓和毫微功耗 EPAD MOSFET 差分放大器

模擬設(shè)計(jì)中使用的關(guān)鍵電路之一是差分放大器電路。上一節(jié)中提到了使用 EPAD MOSFET 反相器的簡(jiǎn)單反相放大器。顯示了使用 EPAD MOSFET 的基本極低工作電壓差分放大器?？梢栽O(shè)計(jì)使用各種低壓 EPAD MOSFET 或零閾值 EPAD MOSFET 的這種基本差分放大器的不同版本，以降低工作電壓或最大限度地減少功耗。一個(gè)示例是采用 EPAD MOSFET 設(shè)計(jì)的差分放大器，該放大器在 0.2V 的超電源電壓下運(yùn)行且功耗僅為 570 nW(納瓦)。

這個(gè)基本的差分放大器由 3 個(gè)匹配對(duì)組成。U5 和 U6 是配對(duì)的，通過(guò)偏置電阻 Rb 連接到 V+。該匹配對(duì)的目的是為輸入差分對(duì) U3 和 U4 提供偏置。U1 和 U2 偏置在亞閾值區(qū)域，用作有源負(fù)載。該電路配置適用于許多不同的匹配對(duì) Vgs(th) 組合，以及 V+、Rb 和輸入/輸出范圍的各種組合。

差分放大器關(guān)鍵電路性能的權(quán)衡包括以下參數(shù)：

· V+ 標(biāo)稱(chēng)值(具有最大和最小目標(biāo)值)

· 功耗目標(biāo)

· 輸入電壓范圍

· 輸出電壓范圍

· 輸出驅(qū)動(dòng)特性

· 操作頻率

· 噪音表現(xiàn)

· 失調(diào)電壓

這個(gè)基本的差分放大器雖然看起來(lái)不是很復(fù)雜，但它在亞閾值區(qū)域操作 EPAD MOSFET 器件是非常規(guī)的。因此，需要從不同的角度看待這些 EPAD MOSFET 晶體管如何在電路中偏置和使用。使用 EPAD MOSFET 陣列系列的不同成員，可以將各種可能的性能與每個(gè)不同的電路配置相關(guān)聯(lián)。

出于說(shuō)明目的，此差分放大器的主要目標(biāo)集中在以直流或接近直流運(yùn)行的超低電壓和超低功率版本。實(shí)現(xiàn)的一些關(guān)鍵規(guī)格示例：

示例 A. 使用的產(chǎn)品：ALD110800、ALD110902

單級(jí)：V+ = 0.5V，Rb = 275KOhm，I+ = 1.9μA，Pd = 960 nW，增益 = 24

雙級(jí)：V+ = 0.5V，Rb = 275KOhm，I+ = 2.8μA，Pd = 1.4 μW，增益 = 525

示例 B. 使用的產(chǎn)品：ALD110800、ALD110900

單級(jí)：V+ = 0.2V，Rb = 184KOhm，I+ = 2.8μA，Pd = 574 nW，增益 = 20

雙級(jí)：V+ = 0.2V，Rb = 184KOhm，I+ = 4.8μA Pd = 960 nW，增益 = 238

結(jié)論

本白皮書(shū)向讀者提供有關(guān)如何使用此 EPAD MOSFET 陣列系列實(shí)現(xiàn)有用電路的理解和一些基本概念。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，這里提到的 EPAD MOSFET 是傳統(tǒng)增強(qiáng)型 MOSFET 的自然延伸，并且所有基于教科書(shū)的理論和方程式仍然適用，因此有很多熟悉之處。

很多以前用過(guò)的電路，在這里也可以很自然地延伸和應(yīng)用。由于電壓和電流范圍向下限的擴(kuò)展以及精確的閾值電壓，新思維和重新審視許多舊電路及其相關(guān)設(shè)計(jì)配置問(wèn)題可能是合適的。

EPAD MOSFET 陣列系列的超低電壓和 NanoPower 特性以及它們?nèi)绾卧陔娐吩O(shè)計(jì)中進(jìn)行偏置和使用可以使具有新穎電源的新產(chǎn)品成為可能。過(guò)去設(shè)計(jì)的許多電路現(xiàn)在可以自然地?cái)U(kuò)展到新的范圍并與 ALD EPAD MOSFET 一起使用。這些產(chǎn)品系列開(kāi)始為電路拓?fù)涮峁┛赡苄?，這些電路拓?fù)浞浅Ｐ路f，在某些情況下甚至是革命性的。