阈值电压(VGS(th))是用来描述需要多大电压来使沟道导通的参数。VGS控制着饱和电流ID的大小,VGS增加会使常量ID变小,因此需要更小的VDS来达到曲线的拐点(图2所示)。
(图中文字:在额定RDS(on)和1.5V电压下,驱动电路不需要电平转换电路就能导通MOSFET)
图2: 不同栅极电压下rDS(on) 与 Id的关系曲线 (资料来源: Vishay Siliconix)
可以通过采用低阈值电压的晶体管来实现高速性能和低功耗工作。在信号路径上使用低阈值功率MOSFET,可以降低供电电压(VDD),从而在不影响性能的前提下减少开关功率耗散。这就是为什么,为满足用户在降低功耗、延长电池寿命方面与日俱增的需求,许多用于便携式电子系统的ASIC采用1.5V左右的内核电压进行工作。然而直到现在,由于缺少能在这样低的电压下导通的功率MSOFET,设计者如果不使用电平转换电路,就难以发挥低于1.8V的电压在降低功耗上的好处,而使用电平转换电路会使电路变得更复杂,同时也会增加功耗。Vishay Siliconix在业界率先推出了一系列突破性的功率MOSFET,能保证在1.5V电压下导通,从而解决了这个难题。
(图中文字:在额定RDS(on)和1.5V电压下,驱动电路不需要电平转换电路就能导通MOSFET)
图3,减小VGS(th)能够让驱动器用更低的输出电压使开关导通,减少所需的电平转换电路
从以往的经验来看,我们需要一个不低于1.8V的阈值电压对所有功率MSOFE中阈值点的负温度系数进行补偿。如果器件工作在125℃的温度下(这在便携式应用是很可能出现的情况),现有的MOSFET设计不得不提高MOSFET的阈值电压,防止MOSFET发生自导通,因为即便所施加的VGS为0V,低阈值电压的MOSFET也可能发生自导通。
尤其是便携式设备和手机对多媒体功能的要求是永无止境的。设计者要尽力提供更强的数据处理能力,同时尽量满足下一代便携式设备的特殊电源需求。不过毫无疑问的一点是,采用先进硅片工艺和封装技术的功率MOSFET将能够提供设计者所期望的电源效率、超小尺寸和低成本,把这些多媒体手机由设想变为现实。