高速DMOS FET模拟开关和开关阵列

高速DMOS FET模拟开关和开关阵列

介绍

本应用笔记详细介绍了SD210 / 5000系列高速模拟开关和开关阵列的工作原理。 它包含对最重要的开关特性，应用示例，测试数据和其他应用提示的说明。

工作原理

图1描绘了具有绝缘栅极和非对称结构的n沟道增强模式器件。 栅极保护齐纳二极管用粗线表示，虽然它存在于芯片上，但它不是基本开关结构的主要组成部分。

描述

Linear Systems SD210和SD5000系列分别是单刀单掷模拟开关的分立和四芯单片阵列。 这些开关是采用双扩散MOS（DMOS）硅栅极技术构建的n沟道增强型硅场效应晶体管。 还提供表面贴装版本（SST211，SD5400系列）。

该系列器件旨在处理各种视频，快速ATE和电信模拟交换应用。 它们具有超快的开关速度（tr = 1 ns，tOFF = 3 ns）和出色的瞬态响应。 由于降低了寄生电容，DMOS可以处理具有高隔离度和最小串扰的宽带信号。

SD210系列单通道FET采用无齐纳保护，可减少泄漏，采用齐纳保护版本，可减少静电放电危害。 SD5000系列采用16引脚双列直插式表面贴装或侧面陶瓷封装。 模拟信号电压范围最高可达±10 V，可控制高达1 GHz的频率。 对于表面贴装应用SST211

系列采用TO-253（SOT-143）封装。 SD5400系列采用窄体鸥翼式SO-14封装。

应用

快速开关速度，低导通电阻，高通道间隔离，低电容和低电荷注入使这些DMOS器件特别适用于各种应用。

DMOS模拟开关的许多可能应用领域中的一些如下：

1.视频和RF切换（高速，高隔离，低串扰）：

- 多个视频分发网络

- 用于射频系统的采样扫描仪

2.音频路由（无故障和无噪声）：

- 高速切换

- 使用数字遥控器的音频切换系统

3.数据采集（高速，低电荷注入，低泄漏）：

- 高速采样保持

- 音频和通信A / D转换器

4.其他：

- 数字切换

-PCM分销网络

-UHF放大器

-VHF调制器和双平衡

混合器

- 高速逆变器/驱动器

- 开关电容滤波器

-Choppers

工作原理

图1描绘了具有绝缘栅和栅极的n沟道增强模式器件

不对称结构。 栅极保护齐纳用虚线表示

虽然它存在于芯片上，但它不是基本开关结构的主要组成部分。

图1. DMOS电气系统

当栅极 - 源极电压时，DMOS场效应晶体管（FET）通常是关断的

（VGS）为0V。横向DMOS晶体管，如图2中的横截面所示，具有三个

顶部表面上的端子（源极，栅极和漏极）和底部的一个（主体或基板）。 增加了一个击穿电压约为40 V的齐纳二极管

保护栅极免受过压和静电放电的影响。

图2.理想化DMOS结构的横截面视图

双扩散工艺产生薄的p型材料自对准区域，将源极与漏极区域隔离。 在两个结深度之间产生的非常短的沟道长度在产生良好的击穿电压的同时产生极低的源极 - 漏极和栅极 - 漏极电容。

当栅极电位相对于源极相等或为负时，开关断开。 在这种状态下，沟道中的p型材料形成两个背对背二极管并阻止沟道传导（图3a）。 如果在S和D区域之间施加电压，则仅有小的结漏电流流动。

图3.等效电路

栅极和源极之间存在的氧化硅绝缘体形成一个累积电荷的小电容器。

如果栅极 - 源极电位（VGS）为正，则电容效应将电子吸引到紧邻栅极氧化物的沟道区域。 随着VGS的增加，沟道中的电子密度将超过空穴密度，并且沟道将变为n型区域。 随着沟道电导率的增强，n-n-n结构变成简单的硅电阻器，通过该电阻器，电流可以容易地沿任一方向流动。

图4显示了±10 V模拟信号处理的典型偏置。 请注意，建议将输出用于输出。 由于CGD \ <CGS，这会在负载上产生较少的电荷注入噪声。

从图3a和3b可以看出，体 - 源和体 - 漏pn结应始终保持反向偏置 - 否则，如果允许无限电流流动，则可能发生信号削波甚至器件损坏。 在大多数情况下，通过将基板连接到V-，可以方便地设定体偏置。

图4.±10 V模拟开关的正常开关配置