【導讀】耗盡型MOSFET開關，一度不那么受歡迎，且常被視為典型的增強型FET的同屬，卻在最近幾年中越來越受歡迎。安森美半導體投入該技術，開發出越來越多的耗盡型模擬開關系列。這些開關越來越多地用于很好地解決工程問題。此博客將使讀者更好地了解這些實用的器件的能力，并介紹方案示例。
簡介
增強型FET用于當今絕大多數電子產品中，工作模式基于簡單的概念。考慮到增強型NFET采用共源極結構(圖1，左)-當門極與源在相同的電勢，漏源極之間的溝道電阻很高，我們認為晶體管是‘關斷’的。這些FET需要一個正的門極到源電壓，以導通溝道，并在漏源極之間傳導。當沒有完全飽和時，這些FET的溝道電阻會有很大的變化。這可能導致模擬信號的問題，需要在整個信號幅度范圍的低失真。此外，當采用增強型FET的模擬開關失去電源時，其狀態是不確定的；它不會很好地傳導，很可能也不會很好地隔離信號。
圖1：增強型對比耗盡型MOSFET
耗盡型FET與增強型FET互為補足：對于采用相同結構的耗盡型NFET(圖1，右)，溝道電阻較低，并且溝道被認為是“導通”的。因此，在默認的無電源狀態下，耗盡FET是傳導的，且由于它們的設計，其溝道電阻是線性的，這使得它們在整個信號幅度范圍具有極低的失真。
基于耗盡型FET的模擬開關通常有控制電路，以便在器件上電時啟用或禁用開關路徑。該控制電路使用電荷泵產生隔離開關路徑所需的電壓。因此，禁用(隔離)開關路徑會耗電。對于信號隔離時間相對較短的應用來說，這通常不是問題。否則，選擇一個電荷泵耗電低的器件是很重要的。
雖然許多硅供應商吹噓他們的耗盡型方案為默認的“導通”，但其器件的電阻并不是完全線性的，導致信號失真或電阻率不一致。安森美半導體開發了專有的耗盡型FET，配合專利的設計技術，以在無電源時失真較低。
解決降噪耳機電池電量耗盡的問題
當降噪耳機首次被廣泛使用時，使用它們的好處顯而易見。人們終于可以忍受那些漫長而嘈雜的飛機旅行了；在背景噪音的嗡嗡聲中，聽著那首最受歡迎的古典音樂，從普通的體驗變成了沉浸式的體驗。但是，這些耳機需要電池才能消除噪音，當電池耗盡時，耳機就沒用了。有些設計試圖克服這一點，通常是通過機械旁路開關，但這些方案總是需要用戶親自動手。
考慮FSA553：當供電時，這負擺幅、雙通道SPST耗盡型模擬開關與降噪的DSP并聯，支持設計人員通過耳機中降噪的DSP傳送立體聲音頻，同時電池進行充電。當電池電壓降到對DSP太低時，對DSP和FSA553的電壓供應就會禁用。在這種狀態下，音頻信號繞過DSP并通過FSA553路由到耳機，從而創建改進的用戶體驗，其中音頻聆聽體驗在電池放電時自動繼續。FSA553的0.4歐姆(典型值)低信道電阻和-104 dBV (非A加權)超低總諧波失真加噪聲(THD+N)的提供低損耗和實際無失真的立體音頻旁路。
采用USB Type C移動設備附件可省電
考慮通過USB Type C將移動設備連接到受電附件的應用。一旦附件通過VCONN連接并通電，附件中仍有電流流過接地的Ra電阻（圖2）。對于5V的VCONN和1千歐姆的Ra，提供5mA DC電流，這無需從移動設備獲取。然而，對于使用微控制器或類似器件的附件，附件器件上的單通道SPST耗盡型模擬開關如FSA515與Ra電阻器串聯可提供能力以在完成USB Type C檢測之后隔離Ra電阻器接地路徑。
圖2：Type-C附件在檢測后有電流流過Ra電阻
通過在附件控制器上使用GPIO和一些固件編碼以在成功檢測后對FSA515的VDD引腳供電(圖3)，在連接時，所增加的電流消耗可從5mA減小到僅約30uA，節省了近25mW的功率。此外，FSA515的超小占位減少了所增加的方案面積到2，包括分立器件。
圖3：Type-C附件在檢測后隔離Ra電阻
機會
耗盡型模擬開關具有多種用途，并特別適用于在沒有電源的情況下傳導高保真信號。這使得它們常用作旁路開關，可在需要時用作在電源下隔離的低功率默認路徑，或者作為在講究省電應用中降低損耗的設計靈活的方案。隨著設計轉向更低的損耗和增加的復雜性，耗盡型模擬開關成為在低功率產品中路由高保真模擬信號的越來越有用的工具。
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