MOS管的開關(guān)應(yīng)用、晶振

1、MOS管、晶振、復位電路介紹管、晶振、復位電路介紹編制：盧桂林pMOS管p晶振p復位電路MOS管一、MOS管的簡介 MOS管，即在集成電路中絕緣性場效應(yīng)管。MOS即為金屬-氧化物-半導體，這個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)的半導體器件上，加上二氧化硅和金屬，形成柵極。MOS管的source和drain時可以對調(diào)的，都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能，這樣的器件被稱為時對稱的。 特點是用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小，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 其主要特點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，該管導通時在兩個高濃度n擴散區(qū)間形成n型導電溝道。n溝道增強型溝道增強型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才有導電溝道產(chǎn)生的n溝道MOS管。n溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管管是指在不加柵壓(柵源電壓為零)時，就有導電溝道產(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溝道增強型MOS場效應(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”形成的導電溝道的狀況，然后達到

3、控制漏極電流的目的。在制造管子時，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)出較多的負電荷，這些負電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通，形成了導電溝道導電溝道，即使在VGS=0時也有較大的漏極電流ID。當柵極電壓改變時，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變，導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;按導電方式：MOS管又分耗盡型與增強型，所以MOS場效應(yīng)晶體管分為N溝耗盡型和增強型;P溝耗盡型和增強型四大類。 在實際應(yīng)用中的只有增強型的N或P溝道MOS管，且常用的是NMOS管，原

4、因是導通電阻小，容易制造。MOS管五、MOS管的導通特性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大于一定的值就會導通，適合用于源極接地時的情況(低端驅(qū)動)，只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。MOS管2、動態(tài)特性(以NMOS管為例） 當輸入電壓Ui由高變低時，MOS管由導通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為截止狀態(tài)時，電源UDD通過RD向雜散電容CL充電，充電時間常數(shù)T1=RDCL，所以，輸出電壓UO要通過一定延時才由低電平變?yōu)楦唠娖?；當輸入電壓Ui由低變高，M

5、OS管由截止狀態(tài)轉(zhuǎn)換為導通狀態(tài)時，雜散電容CL上的電荷通過RDS進行放電，其放電時間常數(shù)T2=RDSCL?？梢姡敵鲭妷篣O也要經(jīng)過一定延時才能轉(zhuǎn)變成低電平。但因RDS比RD小得多，所以，由截止到導通的轉(zhuǎn)換時間比由導通到截止的轉(zhuǎn)換時間要短。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，這是出于對電壓驅(qū)動的考慮。 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 計算系統(tǒng)的散熱要求，考慮最壞情況和真實情況，進行MOSFET選擇，確保系統(tǒng)不會失效晶振一、晶振的基本概念 晶振是電路中常用用的時鐘元件，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)生原始的時鐘頻率，這個頻率經(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，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精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。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)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，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)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個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稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串一個電

8、容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)。電工學上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低進行區(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頻率的距離相當?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負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，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。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，可用于多種不同時鐘信號電壓要求的DSP，而且價格通常也較低。 有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器，信號質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對簡單，不需要復雜的配置電路。晶振六、晶振的應(yīng)用 1、移動手持設(shè)備：最常見的移動手持設(shè)備是智能手機，除此之外，典型的還包括Ipad、手持游戲機、手持POS機等。 2、消費電子：通常包括手提電腦、照相機、攝像機、耳機、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。復位電路一、復位電路簡介 復位電路，就是利用它把電路恢復到起始狀態(tài)。就像計算器的清零按鈕的作用一樣，以便回到原始狀態(tài)，重新進行計算。和計算器清零按鈕有所不同的是，復位電路啟動的手段有所不同。一是在給電路通電時馬上進行復位操作；二是在必要時可以由手動操作；三是根據(jù)程序或者電路運行的需要自動地進行。復位電路都是比較簡單，大都是只有電阻和電容組合就可以辦到了，再復雜點就有三極管等配合程序來進行了。復位電路二、復位電路的工作原理 復位電路工作原理如右圖所示，VCC上電時，使電容C充電，在10K電阻上

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

12、位電路如圖所示，只要在RST復位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個電阻到地即可。上電復位的工作過程是在加電時，復位電路通過電容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復位，RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，Vcc的上升時間約為10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時間則為10ms。在復位電路中，當Vcc掉電時，必然會使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，這個負電壓將

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