使用超低压 MOSFET 阵列进行电路设计-EPAD MOSFET参数介绍

EPAD MOSFET 是一种有源器件，可在大量设计中用作基本电路元件。有许多电路可以利用它们。使用这些 EPAD MOSFET 器件的潜在设计和用途的数量仅受设计人员的需求和想象力的限制。

在选择产品系列的特定成员时，通常有一个、两个或多个对特定应用具有压倒性重要性的规格或特征。由于阈值电压 Vgs(th) 是基本的器件规格，因此它的选择决定了相当多的关键参数，这些参数可能是设计实现方式的基础。

其中一些关键参数和注意事项包括：

1. 输入和输出电压之间的电压电平关系

2. 电源(或多个电源)所需的工作电压

3. 所需的频率响应

4. 所需的信噪比

5. 设计所需的静态电流

6 . 整体功耗

7. 输出驱动及其他输出特性，如电压摆幅、电流等。

一旦确定了系统的关键因素，就可以选择一个或多个合适的 EPAD MOSFET 系列成员。不同的 Vgs(th) 器件可用于不同的功能块。

以下是一些突出该产品系列功能的基本电路类型。

并联连接

EPAD MOSFET 阵列有助于轻松并联。例如，ALD110800 可以将所有 4 个漏极端子短接在一起，将所有 4 个源极端子短接在一起，并将所有 4 个栅极并联在一起。该器件作为单个 MOSFET 器件连接，电流输出为 4 倍。同样，双 EPAD MOSFET 可以作为单 MOSFET 并联以产生双倍电流输出。

EPAD MOSFET 隔离和(二极管)钳位电路

许多电路需要将其输入和输入阻抗与输出阻抗隔离，以便输出负载不会干扰输入信号。这有时可以通过使用晶体管缓冲器或运算放大器缓冲器来实现，每一种都存在许多设计折衷。例如，使用 ALD110800 零阈值 MOSFET，可以提供这种隔离，同时提供偏置到与输入电平相同范围内的电压电平的电路输出。这是零阈值 MOSFET 的基本能力。输入和输出电平也可以偏置在固定电压附近，例如 0.0V。

如果没有 ALD110800，设计输入和输出电平相同的应用会很麻烦，并且需要许多组件和支持电路。在单位增益模式下使用运算放大器可以完成这项工作，但也可能引入与使用运算放大器相关的许多缺点。当其中一些缺点成为严重的限制时，设计人员必须考虑使用更简单的电路和分立 MOSFET，例如 EPAD MOSFET。

另一种基本电路是二极管钳位功能。对于此类应用，可以考虑使用 ALD110902 或 ALD110900 EPAD MOSFET，它们分别在 +0.20V 或 0.00V 开始传导电流。由于这些 EPAD MOSFET 具有类似于二极管导通特性的高漏极电流与漏极电压特性，因此可以通过连接漏极和栅极端子轻松构建具有严格控制工作特性的二极管钳位电路。

EPAD MOSFET 逆变器和缓冲器

一个基本的 EPAD MOSFET 逆变器由一个电阻器或一个 MOSFET 负载和一个 EPAD MOSFET 作为反相器件组成。通过选择具有不同 Vgs(th) 的器件，可以创建在超低电压水平、超低功率水平或两者兼有的情况下运行的逆变器。具有不同 Vgs(th) 的电压和功率电平有无数种可能的组合，选择由电路的任务决定。

有几个例子来说明一些可能性。在第一个示例中，基本逆变器的 V+ 仅为 200 mV，I+(max) = 0.24 uA，假设占空比信号为 50%，平均功率约为 25 nW(nanoWatt)。此基本逆变器的另一个示例将 Vgs(th) 更改为 0.4V，将负载电阻更改为 44MEG Ohm，从而使用相同的 200 mV 电源产生 2.3 nA 的平均电流和 0.45 nW 的功率。

使用基本反相器作为缓冲器可在输入和输出之间提供高度隔离。逆变器的输入偏置电流指定为 5 pA 典型值和 30 pA 最大值。可以将输入电压偏置在对输入源方便的水平。例如，如果输入源是一个以地电位为中心的 50 mV 峰峰值信号，则使用 ALD110800 零阈值 EPAD MOSFET 可能有助于消除输入电平移位级以及此类中间级可能增加的相关噪声和失真信号。在第二个示例中，输入是调制信号，耗尽模式 EPAD MOSFET 用于帮助将输出偏置到所需的电压电平和输出阻抗。

通过使用适当的负载电阻和选择 EPAD MOSFET 系列的特定成员，可以设计基本缓冲器中的输出电平以产生适当的输出电压范围。通过设计，输出电压可以偏置并转换到任何电压输出电平和输出摆幅范围。

基本反相器还可以通过在线性区域中偏置 EPAD MOSFET 晶体管来充当粗略的反相放大器。这种反相放大器功能更易于使用低阈值器件实现，例如 ALD110802 (Vgs(th) = 0.2V) 或 ALD110800 (Vgs(th) = 0.0V)。作为建议的偏置方案的一个示例，可以选择输出负载电阻，以便在 Vin = 0.0V 时输出电压标称为 V+/2。这种类型的反相放大器可以产生 5 倍到 12 倍的增益。

使用 EPAD MOSFET 的简单电压源可以通过连接作为源极跟随器的 EPAD MOSFET 实现，其中输出电流由漏极到源极电流提供。该电路类似于使用双极晶体管的经典射极跟随器。在这种情况下，由于 MOSFET 的输入阻抗极高，输入(源)电压及其源阻抗与输出电压和输出电流完全隔离。转换后的阻抗 Vout 和 Iout 仅取决于 EPAD MOSFET 的输入电压和输出阻抗。

EPAD MOSFET 逻辑门

通过对基本反相器的扩展，可以使用 EPAD MOSFET 轻松实现简单的逻辑门，例如 NAND 和 NOR 门。虽然数字逻辑电路实现不是 EPAD MOSFET 系列的主要应用重点，但在某些情况下，在 0.4V 或更低电源下运行的非常规逻辑功能可能会很有用。

EPAD MOSFET 系列器件配置为实现逻辑功能。单个 EPAD MOSFET 四阵列可用于实现以复合配置连接的 NOR 和 NAND 门。

设计 EPAD MOSFET 逻辑的一个关键考虑因素是确定将为逻辑电路供电的可用 V+ 电源。当 V+ 电源电压降至 400 mV 以下时，EPAD MOSFET 实际上很可能始终处于相同的“关断状态”。无论是“1”状态还是“0”逻辑状态，它们都偏向亚阈值区域。

例如，考虑 200mV 电源和阈值为 0.20V 的 EPAD MOSFET (ALD110802) 的情况。在输出“1”状态下，输出接近 0.2V，EPAD MOSFET 工作在亚阈值区域的低端，漏极电流约为 19nA。在输出“0”状态下，EPAD MOSFET工作在亚阈值区域的高端，漏极电压接近0.0V，漏极电流约为230nA。当连接多个 EPAD MOSFET 以构建逻辑门时，“0”状态电流和电压电平以及“1”状态电流电平都必须满足所需的输出电压和工作温度范围标准。

任何电路配置中的漏极电流都取决于实际的电路拓扑。实现的这种逻辑门的工作频率取决于工作电压和在“1”逻辑状态和“0”逻辑状态之间切换的电流量。

随着电源电压降低到 0.2V 以下，逻辑开关的可用电压和电流裕度相应降低，并且可以使用这种逻辑门的环境变得更加有限和关键。例如，在 0.1V 电源下，“1”和“0”状态之间的电压噪声容限在第一个反相器级之后下降到大约 50 mV。然而，在再经过几个反相器级之后，这个电压噪声容限逐渐下降到大约 20 mV。

设计逻辑功能时要考虑的因素有：

* 阈值电压和器件输出容差

* 电源电压容差

* 定义为“1”和“0”电平可接受的输出电压电平范围

* 工作温度范围

* 所需的逻辑级数和噪声容限

EPAD MOSFET 开关

EPAD MOSFET 在以适当的栅极电压开启时充当开关，其中在漏极和源极端子之间形成导电沟道。源极端子作为输入，漏极端子作为输出。开关的导通电阻取决于由栅极电压控制的通道导通电流。在这种情况下，如果使用增强模式器件，则可以在栅极端子上使用正偏压开启开关，同时信号从源极传播到漏极。只要用户考虑到与开关的通道导通电阻相关的输入和输出阻抗水平，信号本质上可以是数字的也可以是模拟的。

通过将栅极接地或将栅极电压设置为低于阈值电压 0.4V 或更低，可以关闭开关。开启时，开关可以将信号电压传递到栅极电压减去 Vgs(th)。当使用 EPAD MOSFET 阵列系列应用时，EPAD MOSFET 开关的最小工作电压受关态泄漏电流的限制。在这种情况下，使用前面提到的亚阈值特性，模拟或数字开关可以在 0.4V 至 0.2V 范围内的最小电源下运行。