【经验】解析MOS管开关电路设计
基带电路设计中，经常会使用一些三极管、MOS管来作为开关电路，正常的逻辑信号控制，没有什么大电流应用，没有什么太大问题，能够实现电平0和1的转换。但是有一些特殊电路，需要用MOS管来进行电压阻断、过大电流的时候，就比较容易出问题。
MOS管的选取，Rdson的大小对电路设计会比较讲究，有些电路需要做压降比较大，有些电路需要压降比较小，还是要根据电路实际情况来选择。如果电路要求压降很小，可以采用两个MOS管并联的方式；比如这种：
需要重点注意的是当作为上述过流应用电路时，需要核算MOS管输入端和输出端的电容总容量，下面就题主遇到的问题及过程做详细描述，希望能帮助到硬件设计的朋友。
电路模型如下图所示，本产品通过12V 适配器供电，上电后，自动开机。内部转为5V 后，分两路，分别给主控供电和以太网电路供电。
本次项目设计，选用了长晶科技的三极管2SC4081和MOS管CJ3401来进行开关电路设计，MOS 开关电路详细如下图， 该电路是应用非常广泛且成熟的MOS管开关电路，常用于RS485/232 、CAN等小电流电路供电，方便做低功耗。
在本项目中，就出现一个非常严重且很容易忽视的问题，即：当ETH_Ctrl为高电平，Q501 导通，电流从VCC_5V流向VDDREG5，会导致VCC_5V拉到最低1V，持续时间大约8ms。
如下图波形，蓝色为ETH_Ctrl， 绿色为VCC_5V.
因为VCC_5V掉电的8ms，会使主控掉电，也就无法继续输出ETH_Ctrl信号，故ETH_Ctrl信号为低电平；
当VCC_5V在8ms后恢复，主控会上电并自动开机，然后程序运行到ETH_Ctrl输出高时，使上述电路工作，然后导致VCC_5V又掉电，故表现出来现象就是反复reset（外观有LED 灯，会重复亮灭）。
因为该项目是首次生产调试，基于上述现象，测量主控Reset信号、IO电压以及主控电压，推论，可能是在开关Q502打开的瞬间，VCC_5V通过R509被拉低了。（虽然理论不是这样，本着追根究底的原则，还是更换阻值更大的电阻进行验证，最终排除该推论，波形和上面波形一致）
然后经过分析，各种猜测，假设是否可能是开关开启瞬间，以太网电路瞬时功耗过大导致的呢？基于此想法，于是在VCC_5V电路上并联47uF电容数颗，再次验证，问题得到解决，但还是存在不稳定，偶尔还会有reset现象。经过该方法验证，貌似问题得到了解决，但是成本会增加，根本原因还有待分析。
最终，经过对MOS管前后两端的电容总容量以及整个VCC_5V 的电容布局分析发现，在VDDREG5 这一侧的电容，竟然高达44μF，而VCC_5V这一侧的电容，虽然有4个22μF电容，但是整个布局比较远，且分属不同DC/DC电路。如下红框是4个22μF电容，蓝色框是2个22μF电容；
那么最终结论就是，VCC_5V 这侧的电压，因电容太少，储能不够，导致在MOS管CJ3401打开的瞬间，电流会流向VDDREG5这侧，给VDDREG5 这侧的2个22μF电容充电，导致VCC_5V 被拉低，以至主控不能工作在正常电压。
经过最终的优化，在保证功能正常的情况下，本着节约成本的原则，在VCC_5V 这一侧增加22μF电容，且PCB 布局上，靠近Q501,同时，减少VDDREG5 这一侧的电容，确保VCC_5V这一侧电容总量是VDDREG5 的2倍及以上。相关电路修改如下：
最终波形如下：
该问题最终得到解决，在ETH_Ctrl 拉高时，VCC_5V 不会掉电。
最后的思考，以往使用该电路时，大家都按照器件手册推荐电路来设计，单电路性能验证是没有问题，但是综合起来，就没那么理想了，在该项目上，主要还是忽略了电路上电容的总容量以及各电容在PCB上布局的位置不够集中。
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产品型号
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品类
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Type
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Process
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ESD（Yes/No）
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VDS（V）
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ID（A）
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RDS(mΩ)@VGS10V Max
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RDS(mΩ)@VGS4.5V Max
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2N7000_TO-92
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Trench MOS
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Single-N
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Trench
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No
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60V
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0.2A
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5000mΩ
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6000mΩ
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选型表 - 长晶科技 立即选型
江苏长晶科技产品介绍-----MOSFET
型号- MB10S,12N65,ABS210,CJU50SN10,CJAC40N03,HS-CJAC80N03,CJAB35P03,07N65,CJ431,LS-CJAB25N04,CJAC110N03,CJB130SN10,CJAC65SN15,MSB30M,CJAC90SN12,CJAC65SN10,CJB110SN10,CJAC13TH06,CJAB60N03,M4 SERIES,CJP110SN10,08N65,CJBM3020,SS8050,S2MF,CJAC110SN10,RS2MF,ABS10,CJAC150N03,CJU100N03,CJAC80N03,10N65,CJAC70N03,1N5819,CJBA3139K,HS-CJAC20N03,ESDBL5V0Y1,HS-CJAB25N04,1117,CJQ12SN06,LS-CJAC140SN04,CJU110N03,4148,CJP130SN10,CJAC140SN04,SCJ6225,CJAB20N07,CJ6300,CJAC200SN04,CJBA3134K,CJAC10TH10,CJAB55N03,M7 SERIES,SCJ6330,ESDBM12VA1,HS-CJAC140SN04,SS8550,CJ3401,CJU130SN04,CJ3400,DSR1M,CJAC75SN10,SCJ75XX,FFM107-M,1N4148
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