Warum sind diskrete MOSFETs mit vier Anschlüssen so schwer zu finden?

Obwohl die FETs auf einem monolithischen Chip symmetrisch sind, haben viele diskrete FETs eine ganz andere Struktur, die versucht, die nutzbare Oberfläche sowie die Source/Drain-Konnektivität zu maximieren. Die Bulk-Substrat-Verbindung auf einem Transistor oder Chip hat eine hervorragende Strombelastbarkeit, und wenn man einen NMOS-LSI-Chip entwerfen würde, bei dem jeder einzelne Transistor seine Source oder seinen Drain an einen gemeinsamen Punkt gebunden haben müsste, würde die Leistung wahrscheinlich dadurch optimiert werden Das Substrat dient als Source oder Drain für alle Transistoren. Die meisten Chips verwenden jedoch die Bulk-Verbindung als gemeinsame Basis, wodurch ihre Stromhandhabungsfähigkeiten verschwendet werden, die Source- und Drain-Verbindungen jedes Transistors jedoch unabhängig sind.

Ein typischer "diskreter" MOSFET besteht tatsächlich nicht aus einem Transistor, sondern aus Dutzenden oder Hunderten von parallel geschalteten Transistoren. Da die Drains aller Transistoren miteinander verbunden sein sollen, verursacht die Verwendung des Substrats als Drain nicht die gleichen Designprobleme wie bei einem LSI-Chip. Da das Substrat sehr gut fest mit einem Außenanschluss verbunden werden kann, wird ein solches Design sowohl die Drain-Leitfähigkeit verbessern als auch die Notwendigkeit eliminieren, oberseitiges Metall für die Drain-Verbindung zu verwenden, wodurch die Verwendung von mehr Metall zum Verbinden der Sources ermöglicht wird . Wenn die Transistoren so angeordnet sind, dass alle ihre Quellen ein "Netz" bilden (gut für die Konnektivität), bleiben ihre Basen leider isolierte Inseln. Während es möglich wäre, Metallschienen zu verlegen, um alle Basen miteinander zu verbinden, dazu müsste entweder das Source-verbundene Metall in viele Streifen unterteilt werden (Verringerung der Leistung) oder eine zusätzliche Metallschicht und eine zusätzliche Isolierschicht hinzugefügt werden (erheblich steigende Kosten). Da über jedem Basisabschnitt die Metallschicht für den Source-Anschluss direkt darüber sitzt, ist es viel einfacher, sowohl die Basen als auch die Sources einfach damit zu verbinden.

Denn wenn man einen MOSFET wie gewohnt betreibt (Body-Diode in Sperrichtung) macht es keinen Unterschied, ob der Bulk mit der Source oder mit einer noch negativeren (N-Kanal) bzw. positiveren Spannung verbunden ist ( P-Kanal) als die Quelle.

Wenn Sie Ihre eigenen Logikgatter, Übertragungsgatter usw. mit einzelnen N- und P-Kanal-MOSFETs bauen möchten, ist der CMOS-IC 4007 wahrscheinlich das, wonach Sie suchen, obwohl nicht alle der 6 enthaltenen MOSFETs völlig beliebig angeschlossen werden können (Ein P-/N-Kanalpaar ist als Inverter konfiguriert, ein Paar ist teilweise mit V+ und GND verbunden; nur ein Paar ist komplett frei).

Hier sind Beispiele .

"Sind diskrete MOSFETs mit 4 Anschlüssen einfach nicht so nützlich?"

Einige potenzielle Verwendungen umfassen die Übersetzung auf Logikebene und den IC-Schutz. Der vierte Pin ändert die Wirkung der intrinsischen Body-Diode von einer Diode, die den Ausgang mit dem Eingang kurzschließt (oder umgekehrt), wodurch die Schaltung asymmetrisch wird, zu einer Diode, die für positive Spannungssignale vorgespannt ist. Wenn Sie sich das Datenblatt für einen Phillips GTL2000 ansehen, stellen Sie fest, dass der vierte Anschluss im IC symbolisch mit Masse verbunden ist, wie es in der physischen Konstruktion der Fall ist. Wenn Sie dies mit diskreten Geräten duplizieren möchten, muss das vierte Terminal separat sein. Auf diese Weise können Sie die gleiche Art von Übersetzung und Schutz ohne die sehr restriktive absolute Maximalspannung durchführen und andere Parameter wie Maximalstrom, RDS ein usw. dieses Geräts ändern. Der GTL2000 hat 23 FETs (22 für Daten, eine für einen cleveren Vorspannungstrick), die mit den Sources und Drains verbunden sind, die jeweils an separate Pins herausgeführt sind, die Body-Anschlüsse alle auf demselben Pin (Masse) herausgeführt sind und alle Gate-Anschlüsse zusammengebunden und zu einem einzigen Pin herausgeführt sind wird an die Spannung gebunden, die die gewünschte Klemmspannung erzeugt. Andere ICs, die ähnlich verwendet werden, haben ähnlich eingeschränkte Spezifikationen, außer einem von Maxim, der höhere Spannungen zulässt, aber zwei Fets in Reihe hat (mit höherem RDSon für positive und negative Spannung) und eine negative Vorspannung erfordert oder die untere Klemmgrenze einen Logikpegel ausschließt 0. Wenn Sie also eine bidirektionale Logikpegelklemme und einen Eingangsschutz wünschen, der ein Gerät vor versehentlichem Anschluss an 13,8 V schützt, müssen Sie Ihren eigenen rollen. Jemand hat bereits die Mosfet-Analogschalteranwendung erwähnt, die erweitert werden könnte, um eine Vielzahl diskreter Anwendungen abzudecken. Und in einigen Fällen könnten separate Source-Pins und Body-Tabs ermöglichen, High-Side- und Floating-Transistoren ohne Isolator auf die PCB-Masseebene zu leiten, und oberflächenmontierte Geräte könnten auf die Masseebene gelötet werden. Dies kann jedoch aufgrund höherer Innenwiderstände möglicherweise nicht die gewünschten Vorteile bieten.

Angesichts der Tatsache, dass die meisten Ingenieure wahrscheinlich noch nie ein Gerät mit 4 Endgeräten in der Hand gehalten haben, gibt es viele clevere Anwendungen, die möglicherweise nicht durch das Angebot eingeschränkt wurden.

Es ist wahrscheinlich, dass die Hersteller kein teureres Gehäuse (4 Pins gegenüber 3) für einen Betriebsmodus verwenden möchten, der eine verringerte Leistung (Back-Gate-Effekt) aufweist, die nur sehr wenige Benutzer verwenden werden.

Ich bezweifle sogar die Berechtigung, sich über dieses Detail Sorgen zu machen, wenn ein diskreter Transistor in seiner Leistung so weit von einem On-Chip-Transistor entfernt ist, dass Leistungsvergleiche hinfällig werden. Nennen Sie es einfach eine weitere Sache, die Sie der Liste der Unterschiede hinzufügen können, und nutzen Sie sie als Lernerfahrung.

es gibt keinen Unterschied, ob der Bulk an die Source oder an eine Spannung angeschlossen ist ..." ist absolut nicht wahr. Es gibt den Back-Backgate-Effekt, bei dem der Bulk den Kanal von der Rückseite moduliert. Dies ist der Grund, warum NMOS in a P-Substrat, das in einem Emitterfolger verwendet wird, ergibt immer eine Verstärkung von 0,8 statt 1,0 – Platzhalter 4. November 14 um 15:33 Uhr

@placeholder: Ok, sagen wir, in den meisten Anwendungen gibt es keinen Unterschied ... (wie ich "normalerweise" sagte). – Quark 4. November 14 um 15:42 Uhr

@placeholder: Ich schätze du meinst Source Follower (statt Emitter Follower) – Curd 04 nov

Yep, Quelle nicht Emitter ... Und in allen Fällen manifestiert es sich und ist spürbar. Also normal ist, wenn der Körpereffekt vorhanden ist. Nur FD-SOI-Transistoren haben diesen Effekt nicht (aber sie haben andere Probleme) – Platzhalter 04. November 14 um 15:49 Uhr

...aber nicht in allen Fällen ist es überhaupt wichtig; wie in den Beispielen, die ich verlinkt habe, und für die Zwecke kann ich davon ausgehen, dass das OP es verwenden wird. – Quark 4. November 14 um 15:57 Uhr

Ihr vermisst es. Sicher, es gibt einen Leistungsunterschied aufgrund des Körpereffekts. Aber funktional gesehen sollte das Substrat die negativste Spannung in der Schaltung für NMOS und die positivste Spannung in der Schaltung für PMOS sein. Andernfalls kann der PN-Übergang zwischen Source-zu-Substrat- oder Drain-zu-Substrat-Spannung zu einem in Vorwärtsrichtung vorgespannten PN-Übergang werden, und Sie haben keinen funktionierenden FET mehr.

Und wenn Sie den Körper an die Quelle binden und den NFET beispielsweise für einen Abtastschalter verwenden möchten, was ist, wenn die Drain-Spannung niedriger als die Source-Spannung wird? HOPPLA? Wenn der Körper an die Quelle angeschlossen ist, darf die Drain-Spannung nicht unter die Quellenspannung fallen. Oder Tschüss FET und Hallo Diode.