เหตุใดแหล่งสัญญาณ MOSFET จึงแสดงด้วยลูกศร

ฉันรู้ว่า MOSFET พื้นฐานมีแหล่งที่มาและท่อระบายน้ำและทั้ง NMOS หรือ PMOS; มันถูกระบุโดยลูกศรที่แหล่งที่มา แต่ลองดูที่ NMOS ประดิษฐ์

ที่นี่เราสามารถเห็นได้อย่างง่ายดายว่าขาเป็นแหล่งที่มาหรือท่อระบายน้ำขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อทั้งหมด หากไม่มีการเชื่อมต่ออุปกรณ์นี้จะสมมาตร แต่ดูสัญลักษณ์ MOSFET ทั่วไป สัญลักษณ์ทั้งหมดเหล่านี้ทำเครื่องหมายว่าพินเป็นแหล่งกำเนิดและอีกอันหนึ่งเป็นท่อระบายน้ำ ทำไมถึงเป็นอย่างนั้น? ทำไมสัญลักษณ์นี้ไม่สมมาตรเหมือนอุปกรณ์?

เมื่อฉันทำงานเกี่ยวกับ Cadence สัญลักษณ์ schematics ทั้งหมดมีสัญลักษณ์ประเภทนี้ซึ่งมีการทำเครื่องหมายแหล่งที่มา แต่เมื่อมันจะถูกใช้สำหรับการประดิษฐ์แหล่งที่มาและท่อระบายน้ำจะถูกกำหนดโดยการเชื่อมต่อไม่ใช่โดยสัญลักษณ์

IC MOSFET นั้นไม่เหมือนกับของที่ไม่ต่อเนื่อง

คุณถูกต้องใน MOSFET สี่เทอร์มินัลที่กระจายด้านข้าง (เช่นที่ประกอบเป็นไอซี CMOS) เป็นอุปกรณ์แบบสมมาตร - พื้นผิวหรือเชื่อมต่อกันเป็นอย่างดีกับศักยภาพต่ำสุดหรือสูงสุด (ขึ้นอยู่กับชนิดของ FET ที่คุณมี) วงจรในขณะที่แหล่งที่มาสามารถยกสูงขึ้น / ลงต่ำกว่าพื้นผิว / ศักยภาพที่ดี

อย่างไรก็ตาม 99% ของมอสเฟตไม่ต่อเนื่องที่สร้างขึ้นตลอดประวัติศาสตร์และ 100% ของมอสเฟตไม่ต่อเนื่องในการผลิตในปัจจุบันใช้โครงสร้างที่แตกต่าง - แทนที่จะมีแหล่งที่มาและระบายออกแบบเคียงข้างกันท่อระบายน้ำอยู่ด้านล่างและแหล่งที่มาคือ ด้านบนมีประตูถูกตัดเป็น FET สิ่งนี้เรียกว่าMOSFET แนวตั้งและปรากฎอยู่ด้านล่างในรูปแบบที่ทันสมัย ​​(เช่นโครงสร้าง MOS ของสลัก - MOSFET แนวตั้งในช่วงต้นใช้ V-groove สำหรับประตูแทนที่จะเป็นร่อง) โครงสร้างเหล่านี้ไม่สมมาตรโดยเนื้อแท้และให้ยืมตัวเองเพื่อเชื่อมต่อกับสารตั้งต้นกับแหล่งกำเนิดดังนั้นการสร้างไดโอดร่างกายที่เป็นส่วนที่มีประโยชน์อย่างน่าประหลาดใจของอุปกรณ์พลังงาน MOS

ลูกศรไม่ได้ระบุทิศทางของการไหลของกระแสมันเป็นการระบุจุดแยก PN ระหว่างตัวถังและช่อง

หากคุณใช้สัญลักษณ์ 4 เทอร์มินัลมักจะมีความสมมาตร:

ในการออกแบบ IC ชุดการออกแบบควรให้คุณเลือกใช้สัญลักษณ์เหล่านี้หรือสิ่งที่คล้ายกันเพราะโดยทั่วไปร่างกายจะเชื่อมโยงกับศักยภาพต่ำสุดหรือสูงสุดใน IC ทั้งหมด (อาจมีความยืดหยุ่นมากขึ้นสำหรับอุปกรณ์ PMOS ใน n- กระบวนการที่ดี) ไม่จำเป็นต้องเป็นเทอร์มินัลเดียวกันกับแหล่งที่มา

ในการออกแบบที่ไม่ต่อเนื่องโดยทั่วไปคุณจะถูก จำกัด ให้เชื่อมต่อร่างกายกับเทอร์มินัลเดียวกันกับแหล่งที่มา

ทางแยก PN ใด ๆ เป็นไดโอด (ท่ามกลางวิธีอื่น ๆ ในการทำไดโอด) MOSFET มีสองแบบอยู่ที่นี่:

ก้อนใหญ่ของ P-doped ซิลิคอนคือร่างกายหรือสารตั้งต้น เมื่อพิจารณาไดโอดเหล่านี้จะเห็นได้ว่าเป็นเรื่องสำคัญมากที่ร่างกายจะต้องมีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแหล่งกำเนิดหรือท่อระบายน้ำเสมอ ไม่เช่นนั้นคุณให้อคติต่อไดโอดและนั่นอาจไม่ใช่สิ่งที่คุณต้องการ

แต่เดี๋ยวก่อนมันแย่ลง! BJT เป็นแซนด์วิชสามชั้นของวัสดุ NPN ใช่ไหม MOSFET ยังมี BJT:

หากกระแสระบายน้ำสูงแรงดันไฟฟ้าข้ามช่องสัญญาณระหว่างต้นทางและท่อระบายน้ำก็อาจสูงเนื่องจาก RDS (เปิด) RDS (เปิด) ไม่ใช่ศูนย์ ถ้ามันสูงพอที่จะส่งต่อความลำเอียงของแหล่งกำเนิดร่างกายคุณไม่มี MOSFET อีกต่อไป: คุณมี BJT นั่นไม่ใช่สิ่งที่คุณต้องการ

ในอุปกรณ์ CMOS มันยิ่งแย่ลงไปอีก ใน CMOS คุณมีโครงสร้าง PNPN ซึ่งทำไทริสเตอร์เหมือนกาฝาก นี่คือสิ่งที่ทำให้ latchup

วิธีแก้ปัญหา: ย่อตัวแหล่งกำเนิด กางเกงขาสั้นตัวนี้เป็นตัวส่งฐานของ BJT ปรสิตถือมันไว้แน่น ในทางที่ดีคุณจะไม่ทำสิ่งนี้ผ่านฝ่ายที่เป็นผู้นำเพราะ "ตัวย่อ" ก็จะมีการเหนี่ยวนำและการต่อต้านกาฝากสูงทำให้ "การระงับ" ของ BJT ปรสิตไม่แรงนัก แต่คุณสั้นพวกเขาที่ตาย

นี่คือเหตุผลที่ MOSFET ไม่สมมาตร อาจเป็นได้ว่าการออกแบบบางอย่างนั้นมีความสมมาตร แต่หากต้องการสร้าง MOSFET ที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเหมือนกับ MOSFET คุณจะต้องตัดส่วน N หนึ่งส่วนเหล่านั้นออกจากร่างกาย ไม่ว่าคุณจะทำอะไรก็ตามตอนนี้เป็นแหล่งที่มาและไดโอดที่คุณไม่ได้ย่อคือ "body diode"

มันไม่ได้เป็นอะไรที่เฉพาะเจาะจงสำหรับทรานซิสเตอร์แบบแยกส่วนจริงๆ หากคุณมี MOSFET แบบ 4 เทอร์มินัลคุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าร่างกายนั้นมีแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดเสมอ (หรือสูงสุดสำหรับอุปกรณ์ P-channel) ในไอซีร่างกายเป็นสารตั้งต้นสำหรับ IC ทั้งหมดและมักเชื่อมต่อกับกราวด์ หากร่างกายมีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแหล่งกำเนิดคุณต้องพิจารณาถึงผลกระทบของร่างกาย ถ้าคุณดูที่วงจร CMOS ที่มีแหล่งที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับกราวด์ (เช่นประตู NAND ด้านล่าง) มันไม่สำคัญเพราะถ้า B สูงแล้วทรานซิสเตอร์ที่ต่ำกว่าส่วนใหญ่ก็จะเปิด ด้านบนมีแหล่งที่มาเชื่อมต่อกับพื้นดินจริง ๆ หรือ B ต่ำและเอาต์พุตสูงและไม่มีกระแสใด ๆ ในทรานซิสเตอร์สองตัวที่ต่ำกว่า

รวบรวมจาก: MOSFET: ทำไมท่อระบายน้ำและแหล่งกำเนิดแตกต่างกันอย่างไร

FYI: ฉันยินดีเกินไปกับคำตอบรายละเอียดที่ฉันคิดว่าน่าจะเป็นที่นี่ ขอบคุณ Phil Frost

แหล่งที่มาและท่อระบายน้ำไม่เท่ากันเสมอไปนี่เป็นความจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ที่ไม่ต่อเนื่อง แต่ก็มีทรานซิสเตอร์แบบรวมจำนวนหนึ่งที่มีโครงสร้างแตกต่างกันสำหรับแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำ

ทรานซิสเตอร์ในตัวมักมีความสมมาตรสามารถใช้ท่อระบายน้ำและแหล่งที่มาแทนกันได้ ลูกศรที่เทอร์มินัล "แหล่งที่มา" ใช้เพื่อระบุประเภทของทรานซิสเตอร์ (NMOS หรือ PMOS) และจะใช้ในการแมปอย่างเหมาะสมลงบนโมเดลทรานซิสเตอร์พื้นฐานซึ่งบางครั้งมีการอ้างอิงแหล่งที่มา แน่นอนว่าเทอร์มินัลสามารถใช้กับท่อระบายน้ำและแหล่งแลกเปลี่ยนและแบบจำลองทรานซิสเตอร์กลับด้าน

ในที่สุดก็มีชุดการออกแบบบางอย่างที่ไม่มีลูกศรแหล่งที่มาสำหรับข้อเท็จจริงที่ว่าทรานซิสเตอร์มีความสมมาตร