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绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET),简称MOSFET。分为:
  增强型 : N沟道、P沟道 耗尽型: N沟道、P沟道


  N沟道增强型MOS管
  结构:4个电极:漏极D、源极S、栅极G、衬底B。
  工作原理:
  当uGS=0V时,漏源之间相当两个背靠背的 二极管,在d、s之间加上电压也不会形成电流,即管子截止。
  当uGS>0V时→纵向电场→将靠近栅极下方的空穴向下排斥→耗尽层。
  继续增加uGS→纵向电场↑→将P区少子电子聚集到P区表面→形成导电沟道,如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流id。
  N沟道增强型MOS管的基本特性:
  uGS < UT,管子截止,
  uGS >UT,管子导通。
  uGS 越大,沟道越宽,在相同的漏源电压uDS作用下,漏极电流ID越大。

  N沟道增强型MOS管
  转移特性曲线:iD=f(uGS)uDS=const
  可根据输出特性曲线作出移特性曲线。

  N沟道增强型MOS管
  跨导gm:
  gm=iD/uGS uDS=const (单位ms)
  gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。
  在转移特性曲线上,gm为的曲线的斜率。
  在输出特性曲线上也可求出gm。

  N沟道耗尽型MOSFET
  在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时,这些正离子已经感应出反型层,形成了沟道。
  工作原理
  当uGS=0时,就有沟道,加入uDS,就有iD。
  当uGS>0时,沟道增宽,iD进一步增加。
  当uGS<0时,沟道变窄,iD减小。
  定义
  夹断电压( UP)——沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。
  P沟道耗尽型MOSFET


  P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。
  MOS管的主要参数
  (1)开启电压UT
  (2)夹断电压UP
  (3)跨导gm:gm=iD/uGS uDS=const
  (4)直流输入电阻RGS ——栅源间的等效电阻。由于MOS管栅源间有SiO2绝缘层,输入电阻可达109~1015


  Trench-MOS

  2.MOS应用

  开关作用
  隔离作用
  为实现线路上电流的单向流通,比如之让电流由A--->B,阻止电流由B--->A,可以有以下两种方法
  方法2 
  方法1 

  使用MOS管做隔离,在正向导通时,在控制端加适当的电压,可以让MOS管饱和导通,此时导通压降几乎为0,故在实际电路中经常使用MOS做隔离。

 1.概述
  EOS是 Electrical Over Stress 的缩写,指所有过度电性应力。当外界电流或电压超过器件的最大规范条件式,器件性能会减弱甚至损坏。
  EOS通常产生于:
  1.电源(AC/DC)干扰、电源杂讯和过电压
  2.由于测试程式切换(热切换)导致瞬变电流/峰值/低频干扰
  3.闪电
  4.测试程式开关引起的瞬态毛刺短时脉冲形干扰
  5.测试设计欠佳,例如,在器件尚未加电或已超过其操作上限的情况下给器件发送测试信号
  6.来自其他设备的脉冲信号干扰,即从其他装置发送的脉冲
  7.不恰当的工作步骤,工作流程不合理
  上述现象,我们归纳为:静电、浪涌
  相关概念
  1.1 静电(ESD)
  静电的产生发生在两个不同的带电体之间,当其接触或离开时发生电离现象,即为静电放电,产生极快的瞬态脉冲电流,其特点是:持续时间短(高频,约1GHz)、大电压(高压,最高可达30KV)、短时间(1/30ns)内能量最大。
  1.2 浪涌(Surge)
  通过对故障手机的分析判断:
  其浪涌产生的主要原因来自手机上电和断电的过程,大的程序运作的突然中断,以及其他电力设备进行充电的过程中电力系统切断或者抛负载等。
  浪涌主要特点是:瞬间脉冲电压大,瞬态脉冲电流大,持续时间长,传输频率低。
  1.3 脉冲群
  脉冲群多数产生在电网中,在实际电网中,电感负载断开、继电器触点切换以及电钻操作时在电网上产生瞬态脉冲群(EFT)干扰。它可以使受试设备的数字系统尤其是CPU系统完全陷入混乱、程序跑飞、系统不断复位、数据出现混乱。
  上述三种干扰方式比较如下:

  1.4 浪涌保护器件
  TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR)称为瞬态抑制二极管。是被专门设计用来抑制电路中的过压保护器件,它可以将几千伏的静电电压和浪涌电压研制在一个非常安全的范围之内,从而保护电路中的敏感组件免受高压静电及浪涌的损坏。
  TVS采用先进的工艺半导体制程工艺制作,通过调节半导体PN结两端电压来启动保护。它具有导通电阻精确、启动速度快(<1ps)、一致性好、无老化等优点,广泛地被应用在通讯、安防、车载、计算机、LCD以及各类消费类电子产品中。
  1.5 TVS产品的优点
  1.对敏感电子设备提供静电(ESD)、浪涌(Surge)防护
  2.低容(0.3pf最小)以及低插入损耗,适合高速数据线ESD防护
  3.防静电能力强,符合IEC61000-4-2法规第4等级,超出标准2~3倍
  4.尺寸小,多芯片集成设计,减少布板空间和减少焊点及工艺步骤

  1.6 TVS保护原理
  从被保护器件角度考虑,主要有两种形式造成器件损坏:
  (1)过压
  (2)过流
  所以,更低的钳位电压意味着更好的防护性能。
  1.7 TVS 的V-I特性曲线

  1.8 TVS 的选型方法
  1.选择合适的封装
  2.TVS的击穿电压大于电路的最大工作电压
  3.选择符合测试要求的功率
  4.选择适合信号线频率特点的结电容值
  5.选择钳位电压较小的
  当前,电子设备在人民生活中日益增多,下面将针对我们经常使用的产品,再设计中如何将EOS的问题优先考虑,并得到更好的解决方案。
  产品中,来自外界干扰的,首先是充电设备和数据传输端口,上述产品有一个共同点,就是通过USB2.0/3.0来充电和进行数据传输。
  在USB2.0/3.0中,我们把它分为两部分来进行讨论,一是充电部分(V-ge),二是数据传输部分。
  2.手机结构图


3.V-ge端Surge和ESD解决方案

V-ge端针对不同的供电电压,需要提供不同层次的静电浪涌保护方案
由于VCC供电端需要足够的电流,同时不产生能量损耗,所以在电路中不直接串接退耦器件。所以要求ESD或TVS保护器件功率足够大,为适应PCB需求,器件封装要足够小,同时也要求器件的抑制电压越小越好。
4.V-Bat 端 Surge 和 ESD 解决方案

5.USB2.0、USB3.0、RF(WCDMA/TD-SCDMA/EDGE)、SD Card ESD解决方案
5.1 USB2.0、USB3.0典型ESD方案设计
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5.2 USB2.0、USB3.0典型ESD方案设计
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5.3 RF-ESD防护设计,防止天线因静电的影响,灵敏度越来越差,辐射越来越大
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5.4 SD Card典型ESD解决方案
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5.5HDMI ESD解决方案
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6.Speaker、Earphone、Key-Pad 、SIM Card ESD解决方案

6.1 Speaker、Receiver 典型ESD解决方案
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6.2 Earphone、Key-Pad 典型ESD解决方案
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6.3 SIM-Card典型ESD解决方案
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