在實(shí)際電子設(shè)計(jì)中，防反接保護(hù)電路非常重要 。很多剛?cè)胄械挠布氯耍嫲遄訒r(shí)為了圖省事，總是習(xí)慣性地在電源端加入一個(gè)二極管，企圖單純利用它的正向?qū)щ娦詠矸乐狗唇訒r(shí)導(dǎo)通 。
這招能用嗎？能用。但在如今追求極致功耗的時(shí)代，這簡(jiǎn)直是給系統(tǒng)埋了一顆隱形炸彈！ 因?yàn)檫@會(huì)引入一個(gè)致命的缺點(diǎn)：二極管的正向壓降會(huì)導(dǎo)致負(fù)載端電壓比電源端電壓低一點(diǎn) ！這個(gè)壓降大約在0.3~0.7V之間，具體視選用的二極管導(dǎo)通壓降而變 。
大家看這張實(shí)際仿真的探針圖，加上二極管后，電阻端直接出現(xiàn)了0.61V的壓降損耗 ！假設(shè)你的后級(jí)是一個(gè)對(duì)電壓極度敏感的3.3V系統(tǒng)，這0.61V的虧損可能導(dǎo)致MCU直接跑飛復(fù)位；如果此時(shí)跑的是大電流，這顆二極管白白消耗的熱量足以讓你的板子變成“暖手寶”。
那么，頂級(jí)硬件老鳥都是怎么解決這個(gè)痛點(diǎn)的呢？今天不談玄學(xué)，只上干貨，為你深度解構(gòu)一種高階玩法：【防反接電路】背靠背Pmos組成理想二極管 。
看這張精進(jìn)后的原理圖設(shè)計(jì)。如圖所示，我們將兩個(gè)Pmos管背靠背連接到一起，并且用一個(gè)三極管Q3控制Q1、Q2兩個(gè)MOS的開通與關(guān)斷 。為了演示，這里用一個(gè)0.1Hz的方波信號(hào)來模擬單片機(jī)IO口電平 。
咱們深度剖析一下它“0壓降”的底層原理： 當(dāng)Q3基極輸入高電平時(shí)，三極管瞬間導(dǎo)通，此時(shí)Q1、Q2的柵極都被拉到0V 。好戲開始了：
電流最先遇到Q1，由于Q1內(nèi)部體二極管的存在，Q1通過體二極管，符合條件（Vgs<0)先導(dǎo)通 。
Q1導(dǎo)通后，電流暢通無阻來到Q2，接著Q2的源極S端電壓大于柵極G端電壓（Vgs<0)也進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài) 。 整個(gè)過程行云流水，MOS管極低的導(dǎo)通內(nèi)阻讓壓降幾乎為零！最終，負(fù)載端得到完整的VCC電壓，如下圖為滿血的5V ！
但是，既然叫“防反接”，防得住才是硬道理！
當(dāng)系統(tǒng)休眠或出現(xiàn)異常，Q3基極輸入低電平時(shí)，三極管截止，Q1、Q2不能滿足條件，進(jìn)而不能導(dǎo)通 。 這里是這套電路的靈魂所在：為什么要用兩個(gè)管子？ 因?yàn)橥瑫r(shí)由于Q1和Q2的體二極管是反方向串聯(lián)的，所以不管哪個(gè)方向，輸入和輸出都是不通的 ！這就完美起到了防反接、防倒灌的雙重絕對(duì)屏障作用 。此時(shí)你看，探針處電壓僅為4.82mV，接近0V，可以說是徹底切斷了 。
硬件工程師的最終權(quán)衡： 頂級(jí)設(shè)計(jì)，往往是一種權(quán)衡的藝術(shù)。
極致的優(yōu)點(diǎn)： 當(dāng)負(fù)載端是電池或者大容量的電容時(shí)，這個(gè)架構(gòu)可以有效防止電流倒灌，死死護(hù)住你的前級(jí)電源 。
唯一的缺點(diǎn)： 這個(gè)電路的缺點(diǎn)也很直白，你需要一個(gè)IO口去控制輸入輸出是否有電壓，增加了控制邏輯的成本 。
從忍受0.61V的無腦壓降，到追求毫伏級(jí)別的極致導(dǎo)通；從普通的二極管，到背靠背PMOS的精妙配合。這就是普通“畫板員”與資深硬件專家的分水嶺。技術(shù)從來沒有捷徑，唯有把每一個(gè)細(xì)節(jié)摳到極致，你的產(chǎn)品才能在市場(chǎng)上穩(wěn)如泰山。
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