肖特基二极管在数字电路中的简单应用

二极管广泛应用于电子领域，如电源中的整流，通信中的检测和混频等，常用于各种电路（如续流二极管、TVS等）的电压调节和保护。由于肖特基二极管种类繁多，用途广泛，下面分析肖特基二极管在数字电路中的简单应用。
I. 肖特基二极管特性
肖特基二极管在结构上与PN结二极管不同。它由阳极金属（由钼或铝等材料制成的阻挡层）、SiO2（消除电场材料）、N-外延层（砷材料）、N型硅衬底、N+阴极层和阴极金属，如下图所示。在N型基板和阳极金属之间形成肖特基势垒。当对肖特基势垒的两端施加正向偏置时（阳极金属连接到电源的正极，N型基板连接到负极），肖特基势垒层变窄，内阻变小。相反，当在肖特基势垒上施加反向偏置时，它会变宽，其内阻变大。

图1.肖特基二极管结构式
二、肖特基二极管的应用
肖特基二极管的问题是耐压相对较低，反向漏电流较大。目前，电源转换电路中使用的肖特基二极管的一般条件是耐压低于150V，平均电流低于100A，反向恢复时间在10至40ns之间。因此，肖特基二极管是高频和低压电路中的理想器件。
2.1 作为双电源
目前，在带有主控制器的电子设计中，基本采用实时时钟（RTC），并且RTC需要额外的纽扣电池来支持，以避免系统断电后信息丢失。同时，系统启动后，为了延长电池寿命，经常向主系统供电。因此，RTC往往需要双电源，而二极管由于其单导电性，可用于电源隔离。以小信号肖特基二极管BAT54C为例，正向压降仅为0.24v（正向电流为0.1mA），RTC电流消耗为uA级，加入肖特基二极管隔离电源后，节省信息安全。
2.2 作为和门
如下图所示，n 个肖特基二极管构成 n 个输入的 AND 栅极。只要A1~An中有一个信号输出逻辑0，输出就是逻辑0，只有A1~A中的所有信号输出逻辑1，输出才能输出逻辑1。即实现信号A1~An的相位和。由于数字电路中的芯片信号输入级基本上是高电阻，因此由肖特基二极管组成的AND栅极电路的总电流为uA级，肖特基二极管压降极小。在这种情况下，平面仍然可以满足设计要求。

图2.肖特基二极管作为 AND 门
2.3 作为手术室门
如下图所示，n个肖特基二极管形成一个n输入OR门。只要A1~An中有信号输出逻辑1，输出输出逻辑1。只有A1~A输出逻辑0中的所有信号，输出才能输出逻辑0。即实现信号A1~An的相位和。

菲古特雷 3.肖特基二极管作为OR门
三、肖特基二极管参数
注意：由于肖特基二极管在不同的电子电路中的使用方式不同，因此我们在使用它们时还需要考虑以下参数。
1）正向压降VF
VF是二极管正向导通时的正向压降。通过二极管的电流越大，VF越大，此外，二极管温度越高，VF越小。
2）反向饱和漏极电流IR
IR是指当反向电压施加到二极管时流过二极管的电流。肖特基二极管具有较大的反向漏电流，因此，选择具有较小IR的肖特基二极管。
3）额定电流中频
它是指二极管长时间工作时根据允许温升计算得出的平均电流值。
4）最大浪涌电流 IFSM
允许流动的正向电流过多。它不是正常的电流，而是瞬时电流，相当大。
5）最大峰值反向电压VRM
即使没有反向电流，只要反向电压不断增加，二极管迟早会损坏。这个反向电压不是瞬时电压，而是反复加的反向电压。由于整流器提供交流电压，因此其最大值是指定的重要因素。而最大反向峰值电压VRM是指可以施加以避免击穿的最大反向电压。目前，肖特基的最高VRM值为150V。
6）最大直流反向电压VR
VR是连续施加直流电压时的值。对于直流电路，最大直流反向电压对于确定允许和上限很重要。
7）最大工作频率调频
由于PN结的结电容，当工作频率超过一定值时，其单向电导率会变差。肖特基二极管具有高达 100 GHz 的高 FM 值。
8）反向恢复时间
当工作电压从正向电压变为反向电压时，二极管的理想工作原理是电流可以瞬间关闭。事实上，通常需要一点延迟。决定当前截止延迟的量是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度，但这并不意味着这个值很小。也就是说，当二极管突然被导通反转时，反向电流会大大衰减到接近IR所需的时间。当大功率开关在高频状态下工作时，该指示器很重要。
9）最大耗散功率P
当电流流过二极管时，它会吸收热量并提高其温度。实际上，外部散热条件对P的影响也很大，具体来说，施加在二极管两端的电压乘以流过的电流和反向恢复损耗。

肖特基二极管符号
四、实例分析
在数字电路设计中，通常需要对某些信号进行简单的相位或相位反转。如果直接使用74系列这样的逻辑芯片，不仅布局面积大大增加，而且布线也不灵活。小信号肖特基二极管和OR门的使用更加灵活和易于使用。下图显示了一个简单的双向复位电路。产生复位信号的JTAG需要复位主站，按下外部复位按钮时也需要复位主站。如果JTAG复位和按钮复位直接到主站的复位引脚，可能会损坏JTAG仿真器。例如，当按下复位按钮时，JTAG输出复位引脚将直接降低。相位和电路由肖特基二极管形成蝙蝠54A，并且信号输出不会相互影响。下图允许主站复位，只要JTAG输出逻辑0或按下按钮复位输出逻辑0。

图4.肖特基二极管BAT54A应用
如果要用作非门，则可以使用三极管。当然，三极管在电子学中应用广泛，例如数字电路中的开关器件，作为电流驱动，电平转换器等。