-
-
NMOS管比PMOS管更受欢迎？是真的吗？
NMOS在实际应用中为何比PMOS要更受欢迎，本文将从导电沟道、电子迁移率和器件速度等多个方面来展开讲解。 首先是在性能方面考虑： 与NMOS管驱动能力相同的一个PMOS管，其器件面积可能是NMOS管的2～3倍，然而器件面积会影响导通电阻、输入/输出电容，而这些相关的参数容易导致电路的延迟。 同样，在相同的尺寸条件下，PMOS管沟道导通电阻比NMOS要大一些，这样开关导通损耗相应也会比NMOS管要大一些。 在沟道方面我们还可以进行再详解： NMOS的沟道是由 N 型半导体构成，而PMOS的沟道则是由P型半导体构成。由于N型半导体的电子浓度比P型半导体高，所以NMOS的电子迁移率比PMOS高，也就是说，在相同的电场下，NMOS中的电子速度比PMOS中的电子速度快。 在这里我们需要提到，由于有了迁移率的差别，才有速度与沟道导通电阻的差别，也正是如此，PMOS管的应用范围受到限制。 在工艺方面，PMOS管与NMOS管的制造差异并不大，随着工艺的不断进步，这种差异也已经越来越小。 那么，为什么NMOS的电子迁移率比PMOS高，NMOS中的电子速度比PMOS中的电子速度快？ 我们简单先了解电子/空穴迁移率： 电子迁移率，指的是电子在电场力作用下运动快慢的物理量。 电子浓度相同的两种半导体材料，一般情况下，在两端施加相同的电压，迁移率更大的那个半导体材料，它里面的电子运动速度越快，单位时间通过的电子数会越多，也就是说，电流越大。 因此我们可以解释为，电子迁移率越高的半导体材料，其电阻率越低，在通过相同的电流时，其损耗会越小。 空穴迁移率与电子迁移率一样，空穴迁移率越高，损耗越小。 不过在一般情况下（上面也有提到），电子的迁移率是要比空穴要高的。 这是因为空穴是电子的空位，空穴的运动，本质上来讲，是电子从一个空穴移动到另外一个空穴。 这里就要回来讲NMOS和PMOS的导电沟道差异了。 MOS的载流子只有一种，电子或者空穴。在偏压下会形成反型层作为导电沟道，也就是载流子的迁移路径。 NMOS管在导通时形成的是N型导电沟道，也就是说用来导电的是电子。而PMOS管导通，形成的是P型导电沟道，用来导电的是空穴。简单笔记如下： 类别 沟道 载流子 NMOS N型 电子 PMOS P型 空穴 一般而言，电子迁移速率是空穴迁移速率的五到十倍，根据材料和结构以及其本身特性的不同，这个倍数甚至会更高。 因为电子比空穴的迁移率要高，所以同体积大小与同掺杂的情况下，NMOS管的损耗要比PMOS管小很多。 除了功耗之外，电子/空穴迁移率还影响着器件的速度。 NMOS管的截止频率（输入/输出 = 1时的频率） 从结果会得出，截止频率与电子迁移率成正比。 因此，电子迁移率越高，NMOS管可以在更高的频率的情况下工作。 当NMOS的Vgs电压高频率变化时，形成的导电沟道的厚薄也会跟着发生变化。 这个导电沟道的变化是通过电子的移动来形成的，电子移动速度越快（换言之电子迁移率越高），那么导电沟道就能更快地响应Vgs的变化，其中的缘由涉及到NMOS管的工作原理。 这就说明，电子迁移率越高，器件的工作频率越高。同样的，PMOS管也一样。 除了以上讲的几个方面外，选择NMOS管较多的还有其它因素，比如价格问题，市面上的PMOS一般会比NMOS的价格要高，这是因为市场经济方面多个因素构成的，在选择MOS管时，NMOS在综合考虑之后被选择的要多的多。 对于NMOS管在实际应用中更受欢迎的原因，最后做个简单总结： ①NMOS的沟道导通电阻要比PMOS小得多，其开关导通损耗较小； ②NMOS是N型沟道，载流子是电子；PMOS是P型沟道，载流子是空穴。电子迁移速率比空穴迁移速率要快，在损耗方面与开关速度方面NMOS更有优势； ③N型MOS管通过的电流能力相比PMOS会更大； ④市面上的价格等因素影响。
01-02 60浏览 -
传输线的特性阻抗
首先我们应该清楚一个概念：在高速板卡中，传输线不能仅仅看作是理想的导线，而是需要考虑各种寄生参数，比如寄生电容，寄生电感，寄生电阻等。这些参数综合起来称之为传输线的特性阻抗。图1 图1中等效阻抗: 那图1中的模型是怎么来的？或者说为什么传输线在高频时为什么需要做等效模型？图2（来源于网络）图2中的左边图所示，无论是什么样的信号线，最终都是需要回流到参考平面（GND），当然电源也是一样需要回流到GND。PCB在生产制作的过程中，是无法避免线路和参考平面之间存在寄生电容，寄生电感，寄生电阻。信号在传输线中传输的过程中，每一步都会遇到不同的寄生参数，所以常说的阻抗控制，就是需要控制整条传输线的寄生参数保持一致，这个就需要整条传输线每处都需要做到均匀，而这也可以称为阻抗连续，反之就称之为阻抗不连续。高速板卡中，信号在阻抗不连续的传输线上传输就有可能出现信号反射的情况！那什么是信号反射？有什么危害？在传输线中，当信号遇到阻抗不连续的节点时，就会出现信号发射的情况，这个阻抗不连续的节点也称为瞬态阻抗。如下图3所示，传输线由50Ω突变成70Ω时的情况，A和C都遇到阻抗突变点，会沿着输入路径反射回去（信号反射），而只有B顺利通过。图3信号的反射会直接造成信号的失真，信号的完整性，还会增加额外的噪音，干扰其他信号的正常运行，影响整机的稳定性。 图4所以在PCB走线时，为什么要保证同一个网络的线宽要一致，就是出于这方面的考虑！ 在低频电路中，我们基本上都不会考虑阻抗匹配的问题，可以说是直接习惯性的忽略了，其根本原因是低频信号的波长相对于传输线来说实在太长了，根本不会产生发射问题（举个栗子：就像往大海里面倒入一杯水一样，起不了太大的涟漪） 比如说一个信号的频率f=1KHZ，根据波长的计算公式： λ＝u/f其中： λ为波长，u为电磁波在真空中传输的速度，约等于光速3*10^8m/s可以计算出 λ=3*10^8m/s/1000HZ=300000m 300000m的波长远远大于传输线的长度。那其实由 λ＝u/f可知，f越大，波长λ越短。当波长短到和传输线的长度相等时（或者大于波长的1/4），由于阻抗问题，就会出现源信号和发射信号叠加在一起的现象，最典型的波形表现就是“振铃”！所以在高速板卡的设计中，我们会经常听到“阻抗匹配”，这是非常关键的，也是高速板卡设计的重中之重。阻抗匹配具体就是指信号源的阻抗，传输线的阻抗，还有接收端的阻抗处于一种合适的状态！
2024-12-20 234浏览 -
电池低温启动的问题
1. 电池或电源问题 原因： 电池在低温环境下放电能力降低，内阻增大，可能导致设备供电不足。 电源管理电路无法正常启动或供电电压偏低。 我们设备采用锂电池，锂电池在低温时候放电能力急剧下降。锂电池的电解液负责锂离子的传导，在低温下，电解液的粘度会增加，甚至可能部分结晶化，导致锂离子的迁移率显著下降。这种传输能力的降低会直接影响电池的内阻增大，使得电池的放电能力减弱。 解决措施： 使用低温性能优异的电池（如锂亚硫酰氯电池或特殊锂离子电池）。 测试供电电路在低温环境下的输出是否稳定，必要时优化电源设计。 增加加热器或电池保温措施。 我们先定位问题，由于是室外移动设备。我们采取给怀疑的电源模块贴暖宝宝的方式，看能否改善，先锁定聚焦具体的问题点；同时在杭州实验室用高低温温箱同步实验，看电源模块是否有问题。 2. 电容器特性退化 原因： 常规电解电容器在低温下等效串联电阻（ESR）增加，导致滤波效果变差。 陶瓷电容的温度特性可能使电容值下降。 解决措施： 替换为宽温度范围（如 -55°C 至 +125°C）的低温专用电容器。 优化电源滤波电路以适应低温特性。 增强电容滤波特性，增加设计余量，考虑低温情况下，电容容值和ESR变化带来的影响，以及选择更大容值，或者更低ESR电容。 3. 振荡电路启动失败 原因： 晶体振荡器在低温下起振困难或频率漂移。 晶体参数与电路不匹配，导致低温下的振荡裕度不足。 解决措施： 使用宽温晶体振荡器或增加起振电路的裕度。 在低温环境下测量振荡信号，并调整匹配电容值。 4. 半导体器件性能下降 原因： 半导体器件的阈值电压随温度变化，低温下可能导致MOSFET或BJT无法正常导通。 放大器的偏置点可能偏移，导致工作点异常。 解决措施： 选择适合低温工作的半导体器件（标明工作温度范围）。 调整电路设计，确保器件在低温下的工作点正常。 这种情况是比较多大。 二极管的低温特性 特性变化： 正向压降增大： 二极管的正向压降（Vf）随温度降低而增加，每降低 1°C，典型值增大约2−2.5mV。 在低温下，正向压降过高可能导致电路无法正常导通。 反向漏电流减小： 低温会降低少子浓度，反向漏电流显著减小，有利于减小反向功耗。 针对这个特性来说，高温容易出问题。 开关速度变化： 开关速度可能受影响，尤其是高速肖特基二极管，因载流子存储效应变慢。 解决措施： 选择正向压降更低的器件（如低温特性更好的肖特基二极管或快速恢复二极管）。 增加电路的驱动裕量，确保二极管在低温下仍能导通。 验证开关频率与二极管的反向恢复时间匹配。 三极管（BJT）的低温特性 特性变化： 增益变化： 三极管的直流增益（hFE）在低温下减小，这是由于少子寿命缩短导致的。 低增益可能导致放大器性能下降，或开关电路驱动不足。 V_BE 电压升高： 基-射极电压（VBE）随温度降低而增加，约2mV/°C 如果驱动电压不足，可能导致器件无法完全导通。 饱和电压降低： VCE(sat)（饱和压降）通常会降低，有利于开关损耗减小。 解决措施： 调整偏置电阻值或选择宽温增益稳定的器件。 增加驱动电压裕量以应对VB增高问题。 对开关电路，测试是否在低温下仍能进入完全饱和状态。 MOSFET 的低温特性 特性变化： 阈值电压Vth增加： MOSFET 的开启阈值电压Vth随温度降低而增加，这可能导致低栅压驱动的电路无法导通。 导通电阻RDS(on)减小： 低温下载流子迁移率增加，使RDS(on)减小，导通损耗降低。 开关特性变化： 栅极电容的特性可能随温度改变，影响开关速度。 雪崩耐量提高： 在低温下，MOSFET 的雪崩电流能力（耐压能力）通常增强。 解决措施： 选择阈值电压较低的 MOSFET（如适合低温工作的逻辑级 MOSFET）。 测试栅极驱动能力是否足够，以确保 MOSFET 在低温下能完全开启。 针对高速开关电路，优化驱动电路的电容匹配。 5. 机械与连接问题 原因： 热膨胀/收缩效应导致机械连接松动或接触电阻增大。 PCB设计中，某些焊点在低温下产生微裂纹，导致接触不良。 解决措施： 检查和优化PCB工艺，确保焊点质量。 使用宽温范围的连接器或焊接材料。 6. 软件/固件启动逻辑问题 原因： 系统在低温下的时序或复位逻辑异常，可能是由时钟源或电源稳定性引起。 低温下 ADC 或其他关键传感器读取值异常，导致错误判断。 解决措施： 调整初始化逻辑，增加对关键时序的监控和恢复。 校准温度传感器，增加低温下的异常检测和容错机制。 7. 其他外部因素 原因： 冷凝水或霜冻短路电路。 低温导致材料变脆，可能引发机械损坏。 解决措施： 在低温环境下进行防潮设计，如涂覆防护漆。 对设备进行严格的低温机械性能测试。
2024-12-19 188浏览 -
-
PIC单片机与DC-DC转换器电路设计
一.实验目的 1. 认识电路板设计中的要素：元器件的类型（芯片、电阻、电容、电感、接插件等）、封装、安装方式，以及PCB设计、生产、验证等过程。 2. 认识原理图schematic中的元件符号、符号库、线、网络标签等；电路布板PCB Layout中的元件封装、封装库、布线、过孔、覆铜、层。 3. 掌握KiCad下载、安装和工作流程。 4.完成DC-DC转换电路的PCB layout。 5.掌握KiCad的第三方插件安装，能输出BOM文件。 6.掌握输出制造工艺要求的Gerber光绘文件。 二.实验资源KiCad5.1.10软件（含Eeschema和Pcbnew工具）三.实验步骤1.PIC单片机电路(1) 根据KiCad指导书中的步骤绘制PIC单片机原理图(2) 进行连线，覆铜等操作 (3) 三维视图及物料表 2.sim卡座封装绘制 阅读getting started in KiCad.pdf中第8章，KiCad的元件封装库，参照9.2数据手册中相关资料，完成元件7P自弹MICROSIM卡座的封装绘制。绘制结果如下： 3.DC-DC转换电路 (1)原理图绘制，使用给定的封装设置物料表： (2) 按照DC-DC电源PCB布局要点及布局板框和接口图，完成PCB布局布线 (3) 生成Gerber文件，(文件见工程压缩包) https://github.com/A-Y-1/HNU/tree/main/%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%B5%8B%E8%AF%95%E5%B9%B3%E5%8F%B0/%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%B5%8B%E8%AF%95%E5%B9%B3%E5%8F%B01四.实验总结1.通过实验熟悉了KidCad的使用，原理图的绘制，PCB布板的方法，物料表的生成，Gerber文件的生成，覆铜的方法等相关知识。2.通过实验完整的体验了电路设计及布板的流程，并学习了相关的方法和步骤3.认识了KidCad的元件库，封装库，和绘制元件符号的方法。4.完成了DC-DC原理图的绘制，了解了其电路工作原理。并完成了Gerber文件的生成以及通过嘉立创得到了样板，体会了自行设计电路的过程，解决了绘图和布线过程中的问题。5.布线需要清楚电路原理，并有耐心的进行覆铜，绘制等操作，才能完成合理，可用的电路布板。 版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议， 原文链接：https://blog.csdn.net/Aaron503/article/details/125828091
2024-12-18 185浏览 -
最容易引发电路故障的元器件都有哪些？
01电容故障 电容损坏引发的故障在电子设备中是最高的，其中尤其以电解电容的损坏最为常见。电容损坏表现为：容量变小、完全失去容量、漏电、短路。 电容在电路中所起的作用不同，引起的故障也各有特点：在工控电路板中，数字电路占绝大多数，电容多用做电源滤波，用做信号耦合和振荡电路的电容较少。用在开关电源中的电解电容如果损坏，则开关电源可能不起振，没有电压输出； 或者输出电压滤波不好，电路因电压不稳而发生逻辑混乱，表现为机器工作时好时坏或开不了机，如果电容并在数字电路的电源正负极之间，故障表现同上。 这在电脑主板上表现尤其明显，很多电脑用了几年就出现有时开不了机，有时又可以开机的现象，打开机箱，往往可以看见有电解电容鼓包的现象，如果将电容拆下来量一下容量，发现比实际值要低很多。 电容的寿命与环境温度直接有关，环境温度越高，电容寿命越短。这个规律不但适用电解电容，也适用其它电容。所以在寻找故障电容时应重点检查和热源靠得比较近的电容，如散热片旁及大功率元器件旁的电容，离其越近，损坏的可能性就越大。所以在检修查找时应有所侧重。 有些电容漏电比较严重，用手指触摸时甚至会烫手，这种电容必须更换。在检修时好时坏的故障时，排除了接触不良的可能性以外，一般大部分就是电容损坏引起的故障了。所以在碰到此类故障时，可以将电容重点检查一下，换掉电容后往往令人惊喜。 02电阻故障 常看见许多初学者在检修电路时在电阻上折腾，又是拆又是焊的，其实修得多了，你只要了解了电阻的损坏特点，就不必大费周章。电阻是电器设备中数量最多的元件，但不是损坏率最高的元件。电阻损坏以开路最常见，阻值变大较少见，阻值变小十分少见。常见的有碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻和保险电阻几种。前两种电阻应用最广，其损坏的特点一是低阻值 (100Ω以下) 和高阻值 (100kΩ以上) 的损坏率较高，中间阻值 (如几百欧到几十千欧) 的极少损坏；二是低阻值电阻损坏时往往是烧焦发黑，很容易发现，而高阻值电阻损坏时很少有痕迹。 线绕电阻一般用作大电流限流，阻值不大；圆柱形线绕电阻烧坏时有的会发黑或表面爆皮、裂纹，有的没有痕迹；水泥电阻是线绕电阻的一种，烧坏时可能会断裂，否则也没有可见痕迹；保险电阻烧坏时有的表面会炸掉一块皮，有的也没有什么痕迹，但绝不会烧焦发黑。根据以上特点，在检查电阻时可有所侧重，快速找出损坏的电阻。根据以上列出的特点，我们先可以观察一下电路板上低阻值电阻有没有烧黑的痕迹，再根据电阻损坏时绝大多数开路或阻值变大以及高阻值电阻容易损坏的特点，我们就可以用万用表在电路板上先直接量高阻值的电阻两端的阻值。 如果量得阻值比标称阻值大，则这个电阻肯定损坏 (要注意等阻值显示稳定后才下结论，因为电路中有可能并联电容元件，有一个充放电过程) ，如果量得阻值比标称阻值小，则一般不用理会它。这样在电路板上每一个电阻都量一遍，即使“错杀”一千，也不会放过一个了。 03运算放大器故障 运算放大器好坏的判别对相当多的电子维修者有一定的难度，不只文化程度的关系，在此与大家共同探讨一下，希望对大家有所帮助。理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈)下工作。如果没有负反馈，开环放大下的运放成为一个比较器。如果要判断器件的好坏，先应分清楚器件在电路中是做放大器用还是做比较器用。根据放大器虚短的原理，就是说如果这个运算放大器工作正常的话，其同向输入端和反向输入端电压必然相等，即使有差别也是mv级的，当然在某些高输入阻抗电路中，万用表的内阻会对电压测试有点影响，但一般也不会超过0.2V，如果有0.5V以上的差别，则放大器必坏无疑。如果器件是做比较器用，则允许同向输入端和反向输入端不等。同向电压>反向电压，则输出电压接近正的最大值；同向电压<反向电压，则输出电压接近0V或负的最大值(视乎双电源或单电源)。如果检测到电压不符合这个规则，则器件必坏无疑！这样你不必使用代换法，不必拆下电路板上的芯片就可以判断运算放大器的好坏了。 04SMT元件故障 有些贴片元件非常细小，用普通万用表表笔测试检修时很不方便，一是容易造成短路，二是对涂有绝缘涂层的电路板不便接触到元件管脚的金属部分。这里告诉大家一个简便方法，会给检测带来不少方便。取两枚最小号的缝衣针，将之与万用表笔靠紧，然后取一根多股电缆里的细铜线，用细铜线将表笔和缝衣针绑在一起，再用焊锡焊牢。这样用带有细小针尖的表笔去测那些SMT元件的时候就再无短路之虞，而且针尖可以刺破绝缘涂层，直捣关键部位，再也不必费神去刮那些膜膜了。 05公共电源短路故障 电路板维修中，如果碰到公共电源短路的故障往往头大，因为很多器件都共用同一电源，每一个用此电源的器件都有短路的嫌疑。如果板上元件不多，采用“锄大地”的方式终归可以找到短路点；如果元件太多，“锄大地”能不能锄到状况就要靠运气了。在此推荐一比较管用的方法，采用此法，事半功倍，往往能很快找到故障点。要有一个电压电流皆可调的电源，电压0-30V，电流0-3A，这种电源不贵，大概300元左右。将开路电压调到器件电源电压水平，先将电流调至最小，将此电压加在电路的电源电压点如74系列芯片的5V和0V端，视乎短路程度，慢慢将电流增大。用手摸器件，当摸到某个器件发热明显，这个往往就是损坏的元件，可将之取下进一步测量确认。当然操作时电压一定不能超过器件的工作电压，并且不能接反，否则会烧坏其它好的器件。 06板卡故障 工业控制用到的板卡越来越多，很多板卡采用金手指插入插槽的方式。由于工业现场环境恶劣，多尘、潮湿、多腐蚀气体的环境易使板卡产生接触不良故障，很多朋友可能通过更换板卡的方式解决了问题，但购买板卡的费用非常可观，尤其某些进口设备的板卡。其实大家不妨使用橡皮擦在金手指上反复擦几下，将金手指上的污物清理干净后，再试机，没准就解决了问题，方法简单又实用。 07电气故障 各种时好时坏电气故障从概率大小来讲大概包括以下几种情况： 接触不良：板卡与插槽接触不良、缆线内部折断时通时不通、线插头及接线端子接触不好、元器件虚焊等皆属此类； 信号受干扰：对数字电路而言，在特定的情况条件下故障才会呈现，有可能确实是干扰太大影响了控制系统使其出错，也有电路板个别元件参数或整体表现参数出现了变化，使抗干扰能力趋向临界点从而出现故障； 元器件热稳定性不好：从大量的维修实践来看，其中首推电解电容的热稳定性不好，其次是其它电容、三极管、二极管、IC、电阻等； 电路板上有湿气、尘土等：湿气和积尘会导电具有电阻效应，而且在热胀冷缩的过程中阻值还会变化，这个电阻值会同其它元件有并联效果，这个效果比较强时就会改变电路参数使故障发生； 软件也是考虑因素之一：电路中许多参数使用软件来调整，某些参数的裕量调得太低处于临界范围，当机器运行工况符合软件判定故障的理由时，那么报警就会出现。
2024-12-18 157浏览 -
AO4805是双沟通P极性MOS管，AO4805主要特征
AO4805是双沟通P极性MOS管，AO4805主要特征：Vds：-30VId(at VGS=-20V) : -9ARds(ON) (at VGS=-20V) : < 15mΩRds(ON) (at VGS =-10V) : < 18mΩAO4805基本描述：A04805结合了先进的沟道MOSFET技术和低电阻封装...
2024-12-12 104浏览 -
LT1910自动恢复48V电源电路断路器的电路
自恢复电子断路器的优点是什么？在相关文章中介绍的""是在排除故障后，可以通过电源的再次接通或通过LE端子的复位(暂时设为Low)恢复，但在主机对多个子机进行远程供电的情况下，可能难以为...
2024-12-09 96浏览 -
剖析ADI 先进浪涌抑制器技术
对一名电源设计工程师而言，在设计电源方案时，总是希望前端输入是理想的，没有过冲、负压、短路等情况。然而实际的系统输入大多数不稳定，会存在过冲谐振、反压以及短路等风险，这些不稳定...
2024-12-06 229浏览
-
精密半导体参数测试解决方案 直播时间：01月08日 10:00
- AI需求强劲增长，富士康第四季度营收超预期
- 又有11家中企被纳入实体清单，涉及光刻机…
- 苹果A系列芯片十年进化：晶体管数量激增19倍，晶圆成本跃升300%
- 豪掷800亿美元！微软宣布加码AI数据中心
- 11家中国实体被纳入实体清单，美资禁止投资中国三个行业
- 不跟风2纳米，联发科下一代天玑9500芯片采用台积电N3P工艺
- 华勤技术收购豪成智能科技，强化机器人业务领域布局
- “超越EUV”时代：美国研发拍瓦级铥激光器有望大幅提升芯片制造效率
- 关注我们
-
扫码关注面包板社区
