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今天給大家分享一個(gè)之前遇到的一個(gè)MOS管應(yīng)用問題？是關(guān)于使用mos管做電平轉(zhuǎn)換時(shí)遇到的問題，避免大家再踩坑。

說明一下應(yīng)用背景：我們使用的MOS管完成MDC/MDIO總線的１.８V－2.7V的電平轉(zhuǎn)換。電路圖如下：

問題：我們主板系統(tǒng)中，switch與CPU（即mac ）之間ping 包不通.因?yàn)閟witch 這端已經(jīng)能正常工作,端口間可以相互ping 通,所以問題還是鎖定在MAC-Switch間,從軟件log打印看,連接MAC與SWITCH間的SGMII數(shù)量總線已經(jīng)正常協(xié)商,所以基本排除了 SGMII的問題.那么就剩下MDC/MDIO這組控制總線了.于是我們測量了下這組信號(hào)的波形.

                                                        MHT_MDC   (1.8V轉(zhuǎn)換前)  

                                                      SMI_MDC   (2.7V轉(zhuǎn)換后) 

從上面兩個(gè)波形對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過如上電平轉(zhuǎn)換電路之后，波形失真嚴(yán)重，并且轉(zhuǎn)換后電平?jīng)]有達(dá)到預(yù)期要求（2.7V）,我們初步分析原因?yàn)?，MDC時(shí)鐘頻率為1.56MHZ，開關(guān)頻率太快了，MOS管的開關(guān)速度跟不上。以及DS端的驅(qū)動(dòng)能力不夠。于是我們做了如下兩個(gè)嘗試，首先更換R1227電阻阻值為1K。同時(shí)更改MOS 管的型號(hào)為：BSS138。

首先修改VD上拉的電阻后，波形如下：

這個(gè)波形還是有問題，只是上升時(shí)間變短了一點(diǎn)，并且相同的時(shí)間內(nèi)，上升的最大電平也比之前變大了一些，接近2.7V。測試檢測功能，網(wǎng)口依然ping 不通。

如下是更換MOS管型號(hào)為：BSS138。

從上圖可以看出，MDC的波形已經(jīng)比較正常的方波了，最大電平也是達(dá)到了2.7V，我們設(shè)計(jì)的電平值。此時(shí)檢測網(wǎng)口，ping 包功能已經(jīng)正常。

到這里，板子的問題已經(jīng)解決，主要原因還是這兩個(gè)MOS 的區(qū)別，接下來我們看看兩顆MOS具體哪些參數(shù)影響了。

我們結(jié)合以上MOS 管電平轉(zhuǎn)換電路工作原理，MDC時(shí)鐘波形，由低電平到高電平的轉(zhuǎn)換，其實(shí)就是MOS從導(dǎo)通到關(guān)斷的過程。所以我們需要關(guān)注MOS管的輸出電容大小。即上面規(guī)格書里面的Coss這個(gè)參數(shù)。

我們知道MOS管是壓控器件，不同于三極管是流控器件，但是實(shí)際上MOS管在從關(guān)斷到導(dǎo)通的過程也是需要電流（電荷）的，原因是因?yàn)镸OS管各極之間存在寄生電容Cgd，Cgs和Cds，如圖4所示。MOS管導(dǎo)通條件是Vgs電壓至少達(dá)到閾值電壓Vgs(th)，其通過柵極電荷對(duì)Cgs電容充電實(shí)現(xiàn)，當(dāng)MOS管完全導(dǎo)通后就不需要提供電流了，即壓控的意思。這三個(gè)寄生電容參數(shù)值在MOS管的規(guī)格書中一般是以Ciss，Coss和Crss形式給出，其對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

反向傳輸電容：Crss=Cgd；米勒電容

輸入電容：Ciss=Cgs+Cgd；

輸出電容：Coss=Cds+Cgd。

然而，這三個(gè)等效電容是構(gòu)成串并聯(lián)組合關(guān)系，它們并不是獨(dú)立的，而是相互影響，其中一個(gè)關(guān)鍵電容就是米勒電容Cgd。這個(gè)電容不是恒定的，它隨著柵極和漏極間電壓變化而迅速變化，同時(shí)會(huì)影響柵極和源極電容的充電。

我們對(duì)比上面的規(guī)格書發(fā)下NCE2302d的輸出電容比BSS138的輸出電容會(huì)大18PF左右，接下來我們通過對(duì)電容仿真來看下。兩個(gè)輸出電容的充電時(shí)間差別。

先看4.7K，30PF

通過仿真電容的充電時(shí)間曲線，對(duì)比我們測試的實(shí)際波形，發(fā)現(xiàn)電容充電時(shí)間，是基本吻合。如下圖所示：

到此我們通過理論和仿真，實(shí)際測試，驗(yàn)證了這個(gè)問題，找到了問題的根本原因。通過此案例，我們可以總結(jié)下：

MOS應(yīng)用時(shí)，除了通用的一些參數(shù)外，特別是在做高頻開關(guān)（特別是MHZ級(jí)別）使用時(shí)，我們一定要考慮MOS的寄生電容參數(shù)，這幾個(gè)參數(shù)，會(huì)影響MOS管的開關(guān)速度，以及損耗情況。