Reduzierender Effekt der parasitären MOSFET-Kapazität mit Widerstand in Reihe mit Gate

Ich habe einen MOSFET in Reihe mit dem Ausgang meines Verstärkers, um den Verstärkerausgang auf die nachgeschaltete Schaltung umzuschalten. Die parasitäre Kapazität des MOSFET wird von meinem Verstärker als Lastkapazität angesehen und beeinträchtigt seine Stabilität. Das Gate wird von einem DC-Signal angesteuert, das den MOSFET ein-/ausschaltet. Der Körper wird auf eine negative Gleichspannung vorgespannt. Ich denke darüber nach, einen Widerstand in Reihe mit dem Gate und einen Widerstand in Reihe mit dem Körper zu verwenden, um die Wirkung der Gate-Drain-, Gate-Source-, Body-Drain- und Body-Source-Kapazität zu verringern.

Frage

Gibt es Kompromisse bei der Reihenschaltung eines Widerstands mit dem Gate und dem Körper?

Mir ist bekannt, dass die Schaltgeschwindigkeit des MOSFET von der Zeitkonstante des Vorwiderstands und der Gate-Kapazität abhängt.

Vielen Dank für Ihre Hilfe

Ich mache mir mehr Sorgen um die Körperdiode des Mosfets, die Sie in Reihe zum Ausgang hinzufügen. Berücksichtigt Ihr Design diese Diode?
Ja, das Substrat ist auf -5 V vorgespannt, um sicherzustellen, dass die Body-Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist. Meine Verstärkerschienen sind +/-5, sodass Drain / Source niemals negativer sind als das Substrat.
Wenn Sie den Mosfet als Stromverstärkung für den Operationsverstärker in einer Konfiguration mit negativer Rückkopplung verwenden, gibt es bessere Möglichkeiten, die Schleife für Stabilität zu kompensieren, als sich um das Gate zu sorgen. Auch was ist Ihre gewünschte Bandbreite
Es ist kein Stromschub. Es ist ein Schalter in Reihe mit dem Ausgang. Das Gate wird von einer MCU angesteuert, um den Schalter zu steuern. Ich versuche, auf etwa 200 MHz zu kommen. Meine Spezifikation ist eher die Impulsbreite als die Bandbreite, daher ist meine Bandbreitenzahl locker.
Was ist Ihre eigentliche Frage?, seien Sie konkret
Ich habe meine Frage bearbeitet. Ist es jetzt klar?
Widerstände in Reihe mit dem Körper lösen in meinem Kopf alle möglichen Latch-up-Alarme aus und sind nicht in allen Prozessen möglich (wir sprechen vom IC-Design, oder?)
@W5VO Dies ist ein Design auf Platinenebene, kein IC. An einrasten habe ich noch nicht gedacht. Ich werde es prüfen.

Antworten (2)

Der Widerstand am Gate wäre in Ordnung, er verlangsamt Ihr Schalten, aber das scheint kein Problem für Ihr Design zu sein.

In Bezug auf den Körper würde ich dringend davon abraten, wenn dies ein IC wäre, aber da es sich um einen diskreten Transistor handelt, sehe ich kein großes Problem. Der Körperknoten bewegt sich mit dem Antriebssignal, behält jedoch die richtige Vorspannung bei.

Sie reduzieren jedoch nicht die Kapazitäten. Was Sie tun, ist, eine Null in Ihre Antwort einzuführen, was Ihre Phasenspanne verbessern sollte. Induktivitäten könnten auch funktionieren.

Bei 200 MHz haben Sie jedoch eine Signalkopplung durch den FET. Die Art und Weise, wie diese Schalter normalerweise zusammengebaut werden, ist mit drei Geräten in einer T-Konfiguration, wobei die Mitte mit Masse verbunden ist. Sie sollten erwägen, einen Satz AC-gekoppelter Dioden als Schalter zu verwenden. Weniger parasitär, um sich Sorgen zu machen.

Nur neugierig, warum würdest du davon für einen IC abraten?
Denn eine Wanne mit einer umherfliegenden Spannung könnte dazu führen, dass der Wannen-Substrat-Übergang in Durchlassrichtung vorgespannt wird, was einen Latch-up-Zustand auslöst, der den gesamten IC zerstören könnte. Bei manchen Entwürfen ist das schon so, aber man muss beim Layout dieses Brunnens und der angrenzenden Bereiche sehr vorsichtig sein.
Wann hast du Strom zum Substrat? Ist nur Wechselstrom höherfrequent als die durch Rdson und die parasitäre Kapazität zwischen Source-Body und Drain-Body bestimmte Eckfrequenz?
@ DavidG25 Auf einem IC befinden sich viele parasitäre Komponenten, von denen keine in herkömmlichen Modellen dokumentiert ist. Neben den Kondensatoren und Widerständen gibt es parasitäre Dioden, MOSFETs, BJTs und SCRs. Jedes Design muss diese berücksichtigen, und Prozessdesign und DRC-Regeln streben danach, ihre Auswirkungen zu minimieren. Variierende Signale induzieren Substratströme über Übergangskapazitäten und Metall-Substrat-Kapazitäten, ungeeignete Layout-Techniken könnten es diesen Strömen ermöglichen, zu einem parasitären SCR-Gate zu fließen, das einen Latchup auslöst. Ein schwimmender Brunnen ist in dieser Hinsicht sehr riskant.

Ich werde die Kompromisse beim Gate-Widerstand ansprechen.

Wie aus einem MOSFET-Modell hervorgeht, gibt es am Gate zwei parasitäre Kapazitäten - Cgd, Cgs. Außerdem haben Sie eine parasitäre Induktivität der MOSFET-Leitungen und PCB-Spuren. Sie haben also effektiv eine LC-Schaltung am Gate. Dies erzeugt ein Klingeln am Gate-Anschluss.

Um dieses Nachschwingen (Hochfrequenzoszillation) zu dämpfen, wird ein niederohmiger Widerstand – Gate-Treiberwiderstand – verwendet. Kurz gesagt, der Widerstand dämpft das Klingeln wunderbar, hat aber seine eigenen Probleme. Ich werde die Vor- und Nachteile des Gate-Treiberwiderstands auflisten (hohe und niedrige Werte)

Niedriger Rg-Wert

  • niedrigere Zeitkonstante, daher schnelleres Schalten
  • geringere Schaltverluste
  • weniger Chancen auf parasitäres Einschalten
  • Aber unwirksam bei der Dämpfung des Klingelns am Tor

Hoher Rg-Wert

  • höhere Zeitkonstante, daher langsameres Schalten
  • höhere Schaltverluste
  • höhere Wahrscheinlichkeit eines parasitären Einschaltens
  • aber äußerst effektiv bei der Dämpfung des Klingelns am Gate

Hier ist ein schönes Video über den Gate-Widerstand und seine Auswirkungen

Reduzierender Effekt der parasitären MOSFET-Kapazität mit Widerstand in Reihe mit Gate
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