Hallo zusammen,
ich verstehe diese FET-basierten Bus-switche nicht ganz, vielleicht kann
mir hier ja jemand bei den Verständnisproblemen helfen. Geht um keine
konkrete Anwendung, sondern generell im Vergleich zu 4066ern.
Den klassischen 4066er kenne ich und weiss dass man damit ohne viel
Nachdenken Analogsignale GND <= x <= Vcc schalten kann.
Seit einiger Zeit gibts ja aber (von vielen Herstellern) auch die
FET-basierten switche, die primär für digitale Busse gedacht sind:
http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/36-06/bus_switch/
Vorteil an den Dingern ist, dass sie günstiger als 4066er sind und
kleineren Rdson haben (neben kleinerer Kapazität, höheren Frequenzen,
etc.)
Aber ich tue mir schwer, einzuschätzen unter welchen Bedingungen ich
einen 4066er dadurch ersetzen kann und wann das nicht geht.
In den FET-Schaltern sind ja N-FETs verbaut. Wenn ich jetzt einen
normalen N-FET betrachte, dann gibts da ja noch die Body-Diode von
Source nach Drain. Die ist aber in dem Logic Diagram von keinem
FET-switch zu sehen und wäre wohl auch in vielen klassischen
Anwendungsfällen für diese Schalter sehr störend, weil auch im
gesperrten Zustand Spannung in eine Richtung fließen kann. Haben diese
FETs also keine Body-Diode?
Und im Vergleich zum 4066er: Sehe ich das richtig, dass für analoge
Anwendungsfälle bei den FET-Schaltern die einzige Einschränkung darin
besteht, dass die Ausgangsspannung - im Gegensatz zum 4066er - nicht
ganz bis hoch zu Vcc reicht, wenn man also Analogsignale hat die ~1.2V
unter Vcc liegen kann man immer einen FET nehmen? Oder übersehe ich da
gerade Fälle?
Bin gespannt auf eure Erklärungen, danke schonmal! :)
WtFET schrieb:> Haben diese> FETs also keine Body-Diode?
so ist es: die Diode zwischen Drain und Source hast du nur in diskreten,
vertikalen FETs. Bei integrierten, lateralen FETs ist sie nicht
vorhanden, Drain und Source sind dort symmetrisch und können die Rollen
tauschen. Ansonsten würde auch der 4066 nur in einer Richtung
funktionieren, weil bei dem ja genau so ein nFET im Signalpfad liegt wie
bei den neueren Busswitches (nur dass beim 4066 eben noch ein pFET
parallel liegt).
WtFET schrieb:> Und im Vergleich zum 4066er: Sehe ich das richtig, dass für analoge> Anwendungsfälle bei den FET-Schaltern die einzige Einschränkung darin> besteht, dass die Ausgangsspannung - im Gegensatz zum 4066er - nicht> ganz bis hoch zu Vcc reicht, wenn man also Analogsignale hat die ~1.2V> unter Vcc liegen kann man immer einen FET nehmen?
Deine Beschreibung trifft es ziemlich: das Transmission-Gate im 4066
erlaubt im Vergleich zum reinen nFET das Durchlassen höherer Spannungen
bis an die Versorgung heran. (Das kann man bei manchen Busswitches auch
bewusst zur Pegelbegrenzung/-anpassung, wenn man z.B. 5V und 3,3V Logik
zusammenschalten will).
Beim Transmission-Gate ist außerdem der Durchlasswiderstand weniger
stark von der Eingangsspannung abhängig als beim nFET Busswitch (dort
steigt Ron bei hohen Eingangsspannungen stark an). Aber wenn das nicht
stört oder wenn die Eingangsspannungen deutlich kleiner sind als die
Versorgung des Busswitch, spricht wenig gegen deren Einsatz.
Achim S. schrieb:> so ist es: die Diode zwischen Drain und Source hast du nur in diskreten,> vertikalen FETs. Bei integrierten, lateralen FETs ist sie nicht> vorhanden, Drain und Source sind dort symmetrisch und können die Rollen> tauschen. Ansonsten würde auch der 4066 nur in einer Richtung> funktionieren, weil bei dem ja genau so ein nFET im Signalpfad liegt wie> bei den neueren Busswitches (nur dass beim 4066 eben noch ein pFET> parallel liegt).
Die Body-Diode ist also bei einem lateralen MOSFET nicht mehr vorhanden?
Ein N-FET/P-FET leitet im durchgesteuerten Zustand in beide Richtungen.
Sag ich doch, ich drösel die Aussage noch mal auf:
1) Ein N-FET leitet im durchgesteuerten Zustand in beide Richtungen.
2) Ein P-FET leitet im durchgesteuerten Zustand in beide Richtungen.
So ist es. Daß MOSFETs in integrierten Schaltkreisen (oft) keine
parasitäre Diode zwischen den beiden Kanal-Enden haben, liegt daran, daß
bei diesen MOSFETs das Substrat eben nicht mit einem Ende des Kanals
verbunden ist, sondern für n-MOSFETs mit GND und für p-MOSFETs mit Vcc.
Die integrierten MOSFETs haben in Wirklichkeit vier Anschlüsse, auch
wenn die Innenschaltungen den Substratanschluß meist nicht zeigen.
Ein diskreter MOSFET mit lediglich drei Anschlüssen muß das Substrat
mit einem Ende des Kanals verbunden haben. Dieses Ende des Kanals wird
damit zum Source-Anschluß. Ohne diese Verbindung ist der MOSFET
symmetrisch und die Bezeichnungen "Drain" bzw. "Source" ergeben noch
keinen Sinn.
xxcg schrieb:> Sag ich doch, ich drösel die Aussage noch mal auf:>> 1) Ein N-FET leitet im durchgesteuerten Zustand in beide Richtungen.> 2) Ein P-FET leitet im durchgesteuerten Zustand in beide Richtungen.
Das gilt immer, egal ob vertikaler oder lateraler FET. Der Unterschied
macht sich erst im gesperrten Zustand bemerkbar.
Yalu X. schrieb:> Kleine Richtigstellung vor dem Zubettgehen: Jeder Mosfet (egal ob> vertikal oder lateral aufgebaut) hat nicht nur eine, sondern sogar zwei> Body-Dioden.
Stimmt schon, die pn-Übergänge sind natürlich vorhanden. Aber um xxcg
nicht unnötig zu verwirren nochmal explizit: wenn das IC mit den FETs
normal versorgt wird, dann sind diese pn-Übergänge nie in
Durchlassrichtung gepolt.
Axel Schwenke schrieb:> Ein diskreter MOSFET mit lediglich drei Anschlüssen muß das Substrat> mit einem Ende des Kanals verbunden haben. Dieses Ende des Kanals wird> damit zum Source-Anschluß.
Hm, mit Substrat würde ich aus dem Bauch raus eigentlich "die Unterseite
des Wafers" bezeichnen (wie auch in folgendem Wiki-Bild des DMOS):
http://de.wikipedia.org/wiki/Leistungs-MOSFET#mediaviewer/Datei:N-Kanal-DMOSFET_schematic_%28DE%29.svg
Die ist aber nicht mit Source verbunden sondern sie bildet das Drain des
vertikalen FET (ist also beim nFET n dotiert). Der Anschluss, der die
Assymetrie des vertikalen FETs elektrisch festlegt, ist die Verbindung
von n-dotierter Source zum p-dotierten Gebiet. Wie ist da eigentlich die
offizielle Namensregelung: steht Substrat bzw. Bulk für das Wafergebiet
unten oder steht es für die p-dotierte Zone (und das Wiki-Bild ist
falsch)?
Achim S. schrieb:> Axel Schwenke schrieb:>> Ein diskreter MOSFET mit lediglich drei Anschlüssen muß das Substrat>> mit einem Ende des Kanals verbunden haben. Dieses Ende des Kanals wird>> damit zum Source-Anschluß.> Hm, mit Substrat würde ich aus dem Bauch raus eigentlich "die Unterseite> des Wafers" bezeichnen (wie auch in folgendem Wiki-Bild des DMOS):> http://de.wikipedia.org/wiki/Leistungs-MOSFET#mediaviewer/Datei:N-Kanal-DMOSFET_schematic_%28DE%29.svg> Wie ist da eigentlich die> offizielle Namensregelung: steht Substrat bzw. Bulk für das Wafergebiet> unten oder steht es für die p-dotierte Zone (und das Wiki-Bild ist> falsch)?
Ich kenne keine "offizielle" Regelung. Aber der Begriff Substrat ist
sicherlich doppeldeutig. Aus fertigungstechnischer Sicht ist der Wafer
das Substrat. Elektrisch ist beim n-MOSFET das p-dotierte Gebiet das
Substrat.
Mir persönlich fe lt in dem Wiki-Bild der Kanal (bzw. wo sich der Kanal
bei Ansteuerung ausbildet). Das wäre nämlich ausgeht von den als Source
kontaktierten n+ Inseln durch das (ebenfalls als Source kontaktierte) p+
Gebiet hin zur n-Epitaxieschicht. Genau genommen zeigt der Schnitt durch
die Zelle bereits zwei parallel geschaltete MOSFETs.
XL
Achim S. schrieb:> Aber um xxcg> nicht unnötig zu verwirren
So schnell bin ich nicht zu verwirren.
Habt ihr noch ein paar Links zu dem Thema?
Gerne auch mit Schnittbildern o.ä.
