场效应晶体管MOSFET（2） (2008-06-19 15:02:11) 3.高压MOSFET原理与性能分析 　　在功率半导体器件中，MOSFET以高速、低开关损耗、低驱动损耗在各种功率变换，特别是高频功率变换中起着重要作用。在低压领域，MOSFET没有竞争对手，但随着MOS的耐压提高，导通电阻随之以2.4-2.6次方增长，其增长速度使MOSFET制造者和应用者不得不以数十倍的幅度降低额定电流，以折中额定电流、导通电阻和成本之间的矛盾。即便如此，高压MOSFET在额定结温下的导通电阻产生的导通压降仍居高不下，耐压500V以上的MOSFET的额定结温、额定电流条件下的导通电压很高，耐压800V以上的导通电压高得惊人，导通损耗占MOSFET总损耗的2/3-4/5，使应用受到极大限制。 3.1降低高压MOSFET导通电阻的原理与方法 　　 　　3.1.1 不同耐压的MOSFET的导通电阻分布。不同耐压的MOSFET，其导通电阻中各部分电阻比例分布也不同。如耐压30V的MOSFET，其外延层电阻仅为总导通电阻的29%，耐压600V的MOSFET的外延层电阻则是总导通电阻的96.5%。由此可以推断耐压800V的MOSFET的导通电阻将几乎被外延层电阻占据。欲获得高阻断电压，就必须采用高电阻率的外延层，并增厚。这就是常规高压MOSFET结构所导致的高导通电阻的根本原因。 　　 　　3.1.2 降低高压MOSFET导通电阻的思路。增加管芯面积虽能降低导通电阻，但成本的提高所付出的代价是商业品所不允许的。引入少数载流子导电虽能降低导通压降，但付出的代价是开关速度的降低并出现拖尾电流，开关损耗增加，失去了MOSFET的高速的优点。 　　 　　以上两种办法不能降低高压MOSFET的导通电阻，所剩的思路就是如何将阻断高电压的低掺杂、高电阻率区域和导电通道的高掺杂、低电阻率分开解决。如除导通时低掺杂的高耐压外延层对导通电阻只能起增大作用外并无其他用途。这样，是否可以将导电通道以高掺杂较低电阻率实现，而在MOSFET关断时，设法使这个通道以某种方式夹断，使整个器件耐压仅取决于低掺杂的N-外延层。基于这种思想，1988年INFINEON推出内建横向电场耐压为600V的COOLMOS，使这一想法得以实现。内建横向电场的高压MOSFET的剖面结构及高阻断电压低导通电阻的示意图如图5所示。 　　与常规MOSFET结构不同，内建横向电场的MOSFET嵌入垂直P区将垂直导电区域的N区夹在中间，使MOSFET关断时，垂直的P与N之间建立横向电场，并且垂直导电区域的N掺杂浓度高于其外延区N-的掺杂浓度。 　　 　　当VGS＜VTH时，由于被电场反型而产生的N型导电沟道不能形成，并且D，S间加正电压，使MOSFET内部PN结反偏形成耗尽层，并将垂直导电的N区耗尽。这个耗尽层具有纵向高阻断电压，如图5（b）所示，这时器件的耐压取决于P与N-的耐压。因此N-的低掺杂、高电阻率是必需的。 　　 　　当CGS＞VTH时，被电场反型而产生的N型导电沟道形成。源极区的电子通过导电沟道进入被耗尽的垂直的N区中和正电荷，从而恢复被耗尽的N型特性，因此导电沟道形成。由于垂直N区具有较低的电阻率，因而导通电阻较常规MOSFET将明显降低。 　　 　　通过以上分析可以看到：阻断电压与导通电阻分别在不同的功能区域。将阻断电压与导通电阻功能分开，解决了阻断电压与导通电阻的矛盾，同时也将阻断时的表面PN结转化为掩埋PN结，在相同的N-掺杂浓度时，阻断电压还可进一步提高。 　　 3.2内建横向电场MOSFET的主要特性 　　 　　3.2.1 导通电阻的降低。INFINEON的内建横向电场的MOSFET，耐压600V和800V，与常规MOSFET器件相比，相同的管芯面积，导通电阻分别下降到常规MOSFET的1/5， 1/10；相同的额定电流，导通电阻分别下降到1/2和约1/3。在额定结温、额定电流条件下，导通电压分别从12.6V，19.1V下降到6.07V，7.5V；导通损耗下降到常规MOSFET的1/2和1/3。由于导通损耗的降低，发热减少，器件相对较凉，故称COOLMOS。 　　 　　3.2.2 封装的减小和热阻的降低。相同额定电流的COOLMOS的管芯较常规MOSFET减小到1/3和1/4，使封装减小两个管壳规格，如表1所示。 　　表1封装与电流、电压额定值 　　由于COOLMOS管芯厚度仅为常规MOSFET的1/3，使TO-220封装RTHJC从常规1℃/W降到0.6℃/W；额定功率从125W上升到208W，使管芯散热能力提高。 　　 　　3.2.3 开关特性的改善。COOLMOS的栅极电荷与开关参数均优于常规MOSFET，很明显，由于QG，特别是QGD的减少，使COOLMOS的开关时间约为常规MOSFET的1/2；开关损耗降低约50%。关断时间的下降也与COOLMOS内部低栅极电阻(＜1Ω＝有关。 　　 　　3.2.4 抗雪崩击穿能力与SCSOA。目前，新型的MOSFET无一例外地具有抗雪崩击穿能力。COOLMOS同样具有抗雪崩能力。在相同额定电流下，COOLMOS的IAS与ID25℃相同。但由于管芯面积的减小，IAS小于常规MOSFET，而具有相同管芯面积时，IAS和EAS则均大于常规MOSFET。 　　 　　COOLMOS的最大特点之一就是它具有短路安全工作区（SCSOA），而常规MOS不具备这个特性。COOLMOS的SCSOA的获得主要是由于转移特性的变化和管芯热阻降低。COOLMOS的转移特性如图6所示。从图6可以看到，当VGS＞8V时，COOLMOS的漏极电流不再增加，呈恒流状态。特别是在结温升高时，恒流值下降，在最高结温时，约为ID25℃的2倍，即正常工作电流的3-3.5倍。在短路状态下，漏极电流不会因栅极的15V驱动电压而上升到不可容忍的十几倍的ID25℃，使COOLMOS在短路时所耗散的功率限制在350V×2ID25℃，尽可能地减少短路时管芯发热。管芯热阻降低可使管芯产生的热量迅速地散发到管壳，抑制了管芯温度的上升速度。因此，COOLMOS可在正常栅极电压驱动，在0.6VDSS电源电压下承受10ΜS短路冲击，时间间隔大于1S，1000次不损坏，使COOLMOS可像IGBT一样，在短路时得到有效的保护。 3.3关于内建横向电场高压MOSFET发展现状 　　 　　继INFINEON1988年推出COOLMOS后，2000年初ST推出500V类似于COOLMOS的内部结构，使500V，12A的MOSFET可封装在TO-220管壳内，导通电阻为0.35Ω，低于IRFP450的0.4Ω，电流额定值与IRFP450相近。IXYS也有使用COOLMOS技术的MOSFET。IR公司也推出了SUPPER220，SUPPER247封装的超级MOSFET，额定电流分别为35A，59A，导通电阻分别为0.082Ω，0.045Ω，150℃时导通压降约4.7V。从综合指标看，这些MOSFET均优于常规MOSFET，并不是因为随管芯面积增加，导通电阻就成比例地下降，因此，可以认为，以上的MOSFET一定存在类似横向电场的特殊结构，可以看到，设法降低高压MOSFET的导通压降已经成为现实，并且必将推动高压MOSFET的应用。 　　 3.4 COOLMOS与IGBT的比较 　　 　　600V、800V耐压的COOLMOS的高温导通压降分别约6V，7.5V，关断损耗降低1/2，总损耗降低1/2以上，使总损耗为常规MOSFET的40%-50%。常规600V耐压MOSFET导通损耗占总损耗约75%，对应相同总损耗超高速IGBT的平衡点达160KHZ，其中开关损耗占约75%。由于COOLMOS的总损耗降到常规MOSFET的40%-50%，对应的IGBT损耗平衡频率将由160KHZ降到约40KHZ，增加了MOSFET在高压中的应用。 　　 　　从以上讨论可见，新型高压MOSFET使长期困扰高压MOSFET的导通压降高的问题得到解决；可简化整机设计，如散热器件体积可减少到原40%左右；驱动电路、缓冲电路简化；具备抗雪崩击穿能力和抗短路能力；简化保护电路并使整机可靠性得以提高。 4.功率MOSFET驱动电路 　　 　　功率MOSFET是电压型驱动器件，没有少数载流子的存贮效应，输入阻抗高，因而开关速度可以很高，驱动功率小，电路简单。但功率MOSFET的极间电容较大，输入电容CISS、输出电容COSS和反馈电容CRSS与极间电容的关系可表述为： 　　 　　功率MOSFET的栅极输入端相当于一个容性网络，它的工作速度与驱动源内阻抗有关。由于 CISS的存在，静态时栅极驱动电流几乎为零，但在开通和关断动态过程中，仍需要一定的驱动电流。假定开关管饱和导通需要的栅极电压值为VGS，开关管的开通时间TON包括开通延迟时间TD和上升时间TR两部分。 　　开关管关断过程中，CISS通过ROFF放电，COSS由RL充电，COSS较大，VDS（T）上升较慢，随着VDS(T)上升较慢，随着VDS（T）的升高COSS迅速减小至接近于零时，VDS（T）再迅速上升。 　　 　　根据以上对功率MOSFET特性的分析，其驱动通常要求：触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度；②开通时以低电阻力栅极电容充电，关断时为栅极提供低电阻放电回路，以提高功率MOSFET的开关速度；③为了使功率MOSFET可靠触发导通，触发脉冲电压应高于管子的开启电压，为了防止误导通，在其截止时应提供负的栅源电压；④功率开关管开关时所需驱动电流为栅极电容的充放电电流，功率管极间电容越大，所需电流越大，即带负载能力越大。 4.1几种MOSFET驱动电路介绍及分析 　　4.1.1不隔离的互补驱动电路。图7（a）为常用的小功率驱动电路，简单可靠成本低。适用于不要求隔离的小功率开关设备。图7（b）所示驱动电路开关速度很快，驱动能力强，为防止两个MOSFET管直通，通常串接一个0.5～1Ω小电阻用于限流，该电路适用于不要求隔离的中功率开关设备。这两种电路特点是结构简单。 　　功率MOSFET属于电压型控制器件，只要栅极和源极之间施加的电压超过其阀值电压就会导通。由于MOSFET存在结电容，关断时其漏源两端电压的突然上升将会通过结电容在栅源两端产生干扰电压。常用的互补驱动电路的关断回路阻抗小，关断速度较快，但它不能提供负压，故抗干扰性较差。为了提高电路的抗干扰性，可在此种驱动电路的基础上增加一级有V1、V2、R组成的电路，产生一个负压，电路原理图如图8所示。 　　当V1导通时，V2关断，两个MOSFET中的上管的栅、源极放电，下管的栅、源极充电，即上管关断，下管导通，则被驱动的功率管关断；反之V1关断时，V2导通，上管导通，下管关断，使驱动的管子导通。因为上下两个管子的栅、源极通过不同的回路充放电，包含有V2的回路，由于V2会不断退出饱和直至关断，所以对于S1而言导通比关断要慢，对于S2而言导通比关断要快，所以两管发热程度也不完全一样，S1比S2发热严重。 　　该驱动电路的缺点是需要双电源，且由于R的取值不能过大，否则会使V1深度饱和，影响关断速度，所以R上会有一定的损耗。 　　4.1.2隔离的驱动电路 　　（1）正激式驱动电路。电路原理如图9（a）所示，N3为去磁绕组，S2为所驱动的功率管。R2为防止功率管栅极、源极端电压振荡的一个阻尼电阻。因不要求漏感较小，且从速度方面考虑，一般R2较小，故在分析中忽略不计。 　　其等效电路图如图9（b）所示脉冲不要求的副边并联一电阻R1，它做为正激变换器的假负载，用于消除关断期间输出电压发生振荡而误导通。同时它还可以作为功率MOSFET关断时的能量泄放回路。该驱动电路的导通速度主要与被驱动的S2栅极、源极等效输入电容的大小、S1的驱动信号的速度以及S1所能提供的电流大小有关。由仿真及分析可知，占空比D越小、R1越大、L越大，磁化电流越小，U1值越小，关断速度越慢。该电路具有以下优点： 　　①电路结构简单可靠，实现了隔离驱动。 　　②只需单电源即可提供导通时的正、关断时负压。 　　③占空比固定时，通过合理的参数设计，此驱动电路也具有较快的开关速度。 　　该电路存在的缺点：一是由于隔离变压器副边需要噎嗝假负载防振荡，故电路损耗较大；二是当占空比变化时关断速度变化较大。脉宽较窄时，由于是储存的能量减少导致MOSFET栅极的关断速度变慢。 　　（2）有隔离变压器的互补驱动电路。如图10所示，V1、V2为互补工作，电容C起隔离直流的作用，T1为高频、高磁率的磁环或磁罐。 　　导通时隔离变压器上的电压为（1-D）Ui、关断时为D Ui，若主功率管S可靠导通电压为12V，而隔离变压器原副边匝比N1/N2为12/[（1-D）Ui]。为保证导通期间GS电压稳定C值可稍取大些。该电路具有以下优点： 　　①电路结构简单可靠，具有电气隔离作用。当脉宽变化时，驱动的关断能力不会随着变化。 　　②该电路只需一个电源，即为单电源工作。隔直电容C的作用可以在关断所驱动的管子时提供一个负压，从而加速了功率管的关断，且有较高的抗干扰能力。 　　但该电路存在的一个较大缺点是输出电压的幅值会随着占空比的变化而变化。当D较小时，负向电压小，该电路的抗干扰性变差，且正向电压较高，应该注意使其幅值不超过MOSFET栅极的允许电压。当D大于0.5时驱动电压正向电压小于其负向电压，此时应该注意使其负电压值不超过MOAFET栅极允许电压。所以该电路比较适用于占空比固定或占空比变化范围不大以及占空比小于0.5的场合。 　　（3）集成芯片UC3724/3725构成的驱动电路 　　电路构成如图11所示。其中UC3724用来产生高频载波信号，载波频率由电容CT和电阻RT决定。一般载波频率小于600kHz，4脚和6脚两端产生高频调制波，经高频小磁环变压器隔离后送到UC3725芯片7、8两脚经UC3725进行调制后得到驱动信号，UC3725内部有一肖特基整流桥同时将7、8脚的高频调制波整流成一直流电压供驱动所需功率。一般来说载波频率越高驱动延时越小，但太高抗干扰变差；隔离变压器磁化电感越大磁化电流越小，UC3724发热越少，但太大使匝数增多导致寄生参数影响变大，同样会使抗干扰能力降低。根据实验数据得出：对于开关频率小于100kHz的信号一般取（400～500）kHz载波频率较好，变压器选用较高磁导如5K、7K等高频环形磁芯，其原边磁化电感小于约1毫亨左右为好。这种驱动电路仅适合于信号频率小于100kHz的场合，因信号频率相对载波频率太高的话，相对延时太多，且所需驱动功率增大，UC3724和UC3725芯片发热温升较高，故100kHz以上开关频率仅对较小极电容的MOSFET才可以。对于1kVA左右开关频率小于100kHz的场合，它是一种良好的驱动电路。该电路具有以下特点：单电源工作，控制信号与驱动实现隔离，结构简单尺寸较小，尤其适用于占空比变化不确定或信号频率也变化的场合。分享：

kink效应 (2008-06-19 14:56:53) kink效应主要与处于高层深能级中的陷阱俘获/反俘获过程有关,而不是只与碰撞电离有关.硅膜越薄，源漏结深越浅，DIBL效应越弱。薄膜全耗尽SOI器件的膜厚决定结深，DIBL效应随硅膜按比例减薄而减弱是全耗尽SOI相对于部分耗尽SOI和体硅器件的最重要的优点之一，也是薄膜全耗尽SOI更适应于按比例缩小的有力证明。2.3 “kink"效应与热载流子效应SOI MOSFET中存在几种与漏端高场区域中载流子碰撞离化有 关的寄生效应，如“Kink”效应和热载流子效应等。2.3.1“kink”效应“kink"效应是指SOI MOSFET的输出特性曲线向上弯曲的现象(见图2.6所示)，它是SOI MOSFET结构中一种特有的寄生效应。这一现象在漏电压高于某个值时便会发生，并在N沟器件中表现的较为明显，而在P沟器件中相对较弱。对于部分耗尽的N沟SOI器件，当漏电压充分高时，沟道电子可以从漏结附近的高场区中得到足够的能量并通过碰撞电离而产生电子一空穴对，所产生的电子在电场的作用下迅速穿过沟道区到达漏区，而空穴则迁移到硅层中电位较低的体浮空区域，使体浮空区的电位升高，体一源结形成正向偏置。体电位的增加降低了器件的阈值电压。随着漏电压的增加，阈值电压的减小，因而导致漏电流的增加。表现在器件的电流输出特性上，便发生了特性曲线向上弯曲的现象一即称之为“kink'，效应。如果硅膜中少子寿命相当高,则“kink"效应可因器件中存在寄生双极晶体管结构而增强，双极晶体管中的基极空穴电流可被放大从而引起漏电流的进一步增加，这种现象称之为“二次翘曲”。

MOS管的开关特性 (2008-06-19 14:57:44) 一、静态特性MOS管作为开关元件，同样是工作在截止或导通两种状态。由于MOS管是电压控制元件，所以主要由栅源电压uGS决定其工作状态。 图3.8(a)为由NMOS增强型管构成的开关电路。http://www.hust-snde.com/hust/html/kjys/shuzi/images/TU3-8.gif图3.8 NMOS管构成的开关电路及其等效电路工作特性如下：※ uGS＜开启电压UT：MOS管工作在截止区，漏源电流iDS基本为0，输出电压uDS≈UDD，MOS管处于"断开"状态，其等效电路如图3.8(b)所示。 ※ uGS＞开启电压UT：MOS管工作在导通区，漏源电流iDS=UDD/(RD+rDS)。其中，rDS为MOS管导通时的漏源电阻。输出电压UDS=UDD·rDS/(RD+rDS),如果rDS＜＜RD，则uDS≈0V，MOS管处于"接通"状态，其等效电路如图3.8(c)所示。二、动态特性MOS管在导通与截止两种状态发生转换时同样存在过渡过程，但其动态特性主要取决于与电路有关的杂散电容充、放电所需的时间，而管子本身导通和截止时电荷积累和消散的时间是很小的。图3.9(a)和(b)分别给出了一个NMOS管组成的电路及其动态特性示意图。当输入电压ui由高变低，MOS管由导通状态转换为截止状态时，电源UDD通过RD向杂散电容CL充电，充电时间常数τ1=RDCL。所以，输出电压uo要通过一定延时才由低电平变为高电平；当输入电压ui由低变高，MOS管由截止状态转换为导通状态时，杂散电容CL上的电荷通过rDS进行放电，其放电时间常数τ2≈rDSCL。可见，输出电压Uo也要经过一定延时才能转变成低电平。但因为rDS比RD小得多，所以，由截止到导通的转换时间比由导通到截止的转换时间要短。由于MOS管导通时的漏源电阻rDS比晶体三极管的饱和电阻rCES要大得多，漏极外接电阻RD也比晶体管集电极电阻RC大，所以，MOS管的充、放电时间较长，使MOS管的开关速度比晶体三极管的开关速度低。不过，在CMOS电路中，由于充电电路和放电电路都是低阻电路，因此，其充、放电过程都比较快，从而使CMOS电路有较高的开关速度。分享：

keilc51开发系统 (2008-06-19 14:56:19) keilc51开发系统基本知识(1)(工具软件学习) 1. 第一节 系统概述 keil c51是美国keil software公司出品的51系列兼容单片机c语言软件开发系统，与汇编相比，c语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用c来开发，体会更加深刻。 keil c51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到keil c51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 下面详细介绍keil c51开发系统各部分功能和使用。 2. 第二节 keil c51单片机软件开发系统的整体结构 c51工具包的整体结构，如图(1)所示，其中uvision与ishell分别是c51 for windows和for dos的集成开发环境(ide)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用ide本身或其它编辑器编辑c或汇编源文件。然后分别由c51及a51编译器编译生成目标文件(.obj)。目标文件可由lib51创建生成库文件，也可以与库文件一起经l51连接定位生成绝对目标文件(.abs)。abs文件由oh51转换成标准的hex文件，以供调试器dscope51或tscope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如eprom中。 图(1) c51工具包整体结构图 3. 第三节 keil c51工具包的安装 1. 1. c51 for dos 在windows下直接运行软件包中dosc51dos.exe然后选择安装目录即可。完毕后欲使系统正常工作须进行以下操作(设c:c51为安装目录)： 修改autoexec.bat，加入 path=c:c51bin set c51lib=c:c51lib set c51inc=c:c51inc 然后运行autoexec.bat 2. 2. c51 for windows的安装及注意事项： 在windows下运行软件包中winsetup.exe，最好选择安装目录与c51 for dos相同，这样设置最简单(设安装于c:c51目录下)。然后将软件包中crack目录中的文件拷入c:c51bin目录下。 4. 第四节 keil c51工具包各部分功能及使用简介 1. 1. c51与a51 1. (1) c51 c51是c语言编译器，其使用方法为： c51 sourcefile[编译控制指令] 或者 c51 @ commandfile 其中sourcefile为c源文件(.c)。大量的编译控制指令完成c51编译器的全部功能。包控c51输出文件c.lst，.obj，.i和.src文件的控制。源文件(.c)的控制等，详见第五部分的具体介绍。 而commandfile为一个连接控制文件其内容包括：.c源文件及各编译控制指令，它没有固定的名字，开发人员可根据自己的习惯指定，它适于用控制指令较多的场合。 2. (2) a51 a51是汇编语言编译器，使用方法为： a51 sourcefile[编译控制指令] 或a51 @ commandfile 其中sourcefile为汇编源文件(.asm或.a51)，而编译控制指令的使用与其它汇编如asm语言类似，可参考其他汇编语言材料。 commandfile同c51中的commandfile类似，它使a51使用和修改方便。 2. 2. l51和bl51 1. (1) l51 l51是keil c51软件包提供的连接/定位器，其功能是将编译生成的obj文件与库文件连接定位生成绝对目标文件(.abs)，其使用方法为： l51 目标文件列表[库文件列表] [to outputfile] [连接控制指令] 或 l51 @commandfile 源程序的多个模块分别经c51与a51编译后生成多个obj文件，连接时，这些文件全列于目标文件列表中，作为输入文件，如果还需与库文件(.lib)相连接，则库文件也必须列在其后。outputfile为输文件名，缺少时为第一模块名，后缀为.abs。连接控制指令提供了连接定位时的所有控制功能。commandfile为连接控制文件，其具体内容是包括了目标文件列表，库文件列表及输出文件、连接控制命令，以取代第一种繁琐的格式，由于目标模块库文件大多不止1个，因而第2种方法较多见，这个文件名字也可由使用者随意指定。 2. (2) bl51 bl51也是c51软件包的连接/定位器，其具有l51的所有功能，此外它还具有以下3点特别之处： a. 可以连接定位大于64kbytes的程序。 b. 具有代码域及域切换功能(codebanking & bank switching) c. 可用于rtx51操作系统 rtx51是一个实时多任务操作系统，它改变了传统的编程模式，甚至不必用main( )函数，单片机系统软件向rtos发展是一种趋势，这种趋势对于186和386及68k系列cpu更为明显和必须，对8051因cpu较为简单，程序结构等都不太复杂，rtx51作用显得不太突出，其专业版软件pk51软件包甚至不包括rtx51full，而只有一个rtx51tiny版本的rtos。rtx51 tiny适用于无外部ram的单片机系统，因而可用面很窄，在本文中不作介绍。bank switching技术因使用很少也不作介绍。 3. 3. dscope51，tscope51及monitor51 1. (1) dscope51 dscope51是一个源级调试器和模拟器，它可以调试由c51编译器、a51汇编器、pl/m-51编译器及asm－51汇编器产生的程序。它不需目标板（for windows也可通过mon51接目标板），只能进行软件模拟，但其功能强大，可模拟cpu及其外围器件，如内部串口，外部i/o及定时器等，能对嵌入式软件功能进行有效测试。 其使用方法为： ds51[debugfile][init(initfile)] 其中debugfile是一个hex格式的8051文件，即待调试的文件其为可选的，可在进入dscope51后用load命令装入。 initfile为一个初使化文件，它在启动dscope51后，在debugfile装入前装入，装有一些dscope的初使化参数及常用调试函数等。下面是一个dscope.ini文件(for dos)的内容： load ....ds518051.iof map 0,0xffff dscope51 for windows则直接用鼠标进入，然后用load装入待调文件。 2. (2) tscope51 与dscope51不同的是scope51必须带目标板，目前它可以通过两种方式访问目标板。(1) 通过emul51在线仿真器，tscope51为该仿真器准备了一个动态连接文件emul51.iot，但该方法必须配合该仿真器。(2) 通过monitov51监控程序，这种方法是可行的，tscope51为访问monitor51专门带有mon51.iot连接程序，使用时可通过串口及监控程序来调试目标板。 其使用方法为： ts51[init(file_name.ini)] 其中file_name.ini为一个初使化文件。 进入ts51后，必须装入iot文件，可用的有mon51.iot及emul51.iot两种，如装入mon51.iot： load.c:c51ts51mon51.iot cputype(80517) 可惜的是tscope51只有for dos的版本。 3. (3) monitor 51 monitor51是一个监控程序通过pc机的串口与目标板进行通信，monitor操作需要mon51或dscope51 for windows,后面部分将对monitor51做较为详细的介绍。 4. 4. ishell及uvision 1. (1) ishell for dos 这是一个for dos的ide，直接在命令行键入ishell，则进入该环境，它使用简单方便。其命令行与dos命令行具有同样的功能，对单模块的project直接由菜单进行编译连接，对多模块的project。则通过批处理，bat文件进行编译连接，然后通过菜单控制由dscope51或tscope51对程序进行调试，因为是for dos的，不做太详细介绍。 2. (2) uvision for windows uvision for windows是一个标准的windows应用程序，它是c51的一个集成软件开发平台，具有源代码编辑、project管理、集成的make等功能，它的人机界面友好，操作方便，是开发者的首选，具体配置及使用见第五部分。 2. 第二章 keil c51软件使用详解 1. 第一节 keil c51编译器的控制指令 c51编译器的控制指令分为三类：源文件控制类，目标文件控制类及列表控制类。 1. 1. 源文件控制类 noextend：c51源文件不允许使用ansi c扩展功能。 define(df)：定义预处理(在c51命令行)。 2. 2. 目标文件(object)控制类： compact large small 选编译模式 debug(db) 包含调试信息，以供仿真器或dscope51使用。 noamake(noam) 禁止automake信息记录 noregparms 禁止用寄存器传递参数 objectextend(oe) object文件包含附加变量类型信息 optimize(ot) 指定优化级别 regfile(rf) 指定一个寄存器使用的文件以供整体优化用 registerbank(rb) 指定一个供绝对寄存器访问的寄存器区名 src 不生成目标文件只生成汇编源文件 　其它控件不常用。 3. 3. 列表文件(listing)控制类： code(cd)：向列表文件加入汇编列表 listinclude(lc)：显示indude文件 symbols(sb)：列表文件包括模块内所有符号的列表 warninglevel(wl)：选择“警告”级别 2. 第二节 dscope51的使用 1. 1. dscope51 for dos 总的来说dscope51具有以下特性： l 高级语言显示模式 l 集成硬件环境模拟 l 单步或“go”执行模式 l 存储器、寄存器及变量访问 l watch表达式之值 l 函数与信号功能 下面，具体说明在进入dscope51 for dos之后，如何实现上述功能，dscope51采用下拉菜单格式和窗口显示控制，共有language、serial、exe、register四个窗口，其中exe为命令行窗口，language为程序窗口，serial为串口窗，register为寄存器窗。 1. (1) 高级语言显示模式 单击主菜单中的“view”，第一栏中的三条命令“highlevel”、“mixed”、“assembly”分别对所装入的程序按照“高级”、“混合级”及“汇编级”三种方式显示，以方便调试使用。 2. (2) 集成硬件环境模拟显示 主菜单中“peripheral”各条能显示模拟硬件环境的状态，其中： i/o port：显示各i/o口之值，对8031而言sfr中的p1、p2、p3、p0与引脚之值分别列出： interrupt：显示5个中断源的入口模式是否允许，优先级等中断状态。 timer：显示各定时/计数器的模式，初始值状态等。 int message：中断信息允许，如为允许(“>>”出现)，则当中断申请时，显示中断源信息。比如当中断发生时会显示： “interrupt timer 0 occured”等 a/d converter： 　显示a/d转换器状态无时，则提示“无”。 serial：串口信息显示，包括串口模式、波特产等 other：其它器件，如为8031则显示“ 无” 3. (3) 单步或“go”执行 “f8”单步执行，“f5”全速执行到断点。或选主菜单中trace单步执行cpu中的go全速执行。 4. (4) 存储器寄存器及变量访问 外部存储器管理map菜单：设置(set)、取消(reset)、显示(display)处理可用存储空间。 修改code代码：asm命令 存储器显示命令：d 类别为(x、d、i、b、c) 修改存储器命令：e 有以下几种命令eb、ec、ei、el、ef、ep 复杂数据类型显示：object命令；用以显示结构或数组的内容。欲使此命令有效，c51编译器必须有db及objectextend两条。 反汇编命令：u 5. (5) “watch”表达式之值 在view菜单的“watch”一栏中有四项：其中包括定义watch point(define)、删除watch point(remove,kill all)，及自动更新选项。 也可用ws、wk等命令代替，下面具体看“表达式”类型： dscope51一次最多可设16个wtchpoint表达式，显示于watch window之中，表达式可以是简单变量，也可是复杂数据类型如结构、数组和指向结构的指针等，例如： >ws *ptime >ws ptime→hour >ws some_record[o]，analog等等 6. (6) 关于.iof文件 启动ds51后必须装入.iof文件才能使cpu及peripheral各项起作用，这个函数的使用是依据8051系列cpu的不同特点，装入8051各cpu硬件设备模拟驱动文件，比如8031cpu就必须load ds51目录下的8051.iof。 2. 2. dscope for windows dscope for windows具有dscope for dos的全部功能，此外，它还具有以下明显的优点： (1) 标准的windows界面，操作更容易更简单； (2) 常用操作多用对话框，而非dos的行命令方式； (3) 窗口资源更加丰富：存储器窗口、覆盖率分析、运行状态分析窗口，加强了调试功能； 因为dscope for windows功能强大，具体操作在第八章详细介绍。 3. 第三节 monitor51及其使用 1. 1. monitor51对硬件的要求 (1) 硬件系统为51系列cpu； (2) 带5k外部程序存储器(从o地址开始)，存放monitor51程序； (3) 256bytes的外部数据存储器以及5k的跟踪缓冲区，此外，外部数据存储器必须足够容纳所有应用程序代码及数据，且所有外部数据存储器必须为冯·诺伊曼存储器，即能一致访问xdata与code空间。 (4) 一个定时器作为波特率发生器供串口使用； (5) 6 bytes的空余堆栈。 2. 2. mon51的使用 mon51的使用途径有三种方式： (1) dos行命令方式 即先用install对mon51进行配置，然后用mon51进入monitor状态，启用各种命令对monitor51进行调试。 (2) tscope51方式 启动tscope51装入ts51目录下的mon51.iot驱动文件，与目标板通信。 (3) dscope51 for windows方式 在选cpu驱动文件时，选“mon51.dll”，则检查目标板并进入mon51状态。 3. 3. mon51的配置 (1) mon51 for dos的配置 运行install文件(在mon51目录下)，不同的参数可以配置不同的硬件环境。install serialtype [xdstastart[codestart[bank][promcheck]]]，具体说明见mon51帮助文件或使用手册。 (2) mon51 for windows的配置 在启用mon51.dll时，会使得系统自动检查目标板连接，如配置不对，则弹出“configuration”对话框，设置pc串口，波特率等，完毕单击“apply”有效。 4. 4. 串口连接图： 收发交叉互连，rts、cts直连，dsr、dtr直连，具体引脚排列参考串口资料。 5. 5. mon51命令及使用 详细的mon51命令可参阅帮助。 4. 第四节 集成开发环境(ide)的使用 1. 1. ishell for dos的使用 进入ishell之后看到两个窗口：一个是文件窗口，一个是dos命令行窗口，窗口上方是下拉式的命令菜单，其中的files控制文件窗口的显隐。 使用ishell，第一步就是配置系统，即要学习两个文件的修改与创建： 1. (1) ishell.cfg文件 每一个project都有一个ishell.cfg，其中存放有“option菜单和setup菜单下的部分信息；bell enabled、monochrome enabled、editor selected、crt lines、target enviroment、name of user edit、automatic load for configuration enabled、file window enabled、file specification for file window、translate command line controls、project name等。 对每个project都必须设置以上信息，然后存盘“setup”的的“save”，这样才可正式开始下面工作。 2. (2) ishell.col文件 对ide颜色设置，如不改动，可以缺省为主。 3. (3) cdf文件 该文件位于bin目录下，每一文件定义一组外部函数工具包，即定义外部环境如8051.cdf，user.cdf等，开发者可修改cdf文件，供自己使用，至于cdf文件内容可查看一下8051.cdf即可知道。注意.cdf文件是ishell系统的核心所在，不同的cdf文件可使本ide适用于不同的编译、连接系统，即本ide并不仅适于c51。 下面谈一谈automake工具： c51的automake是一个project管理器，在8051工具包中以object文件形式保留了一个project的信息，automake用这些信息来进行project管理，一旦手工建立一个project，automake可生成一个新的object，automake利用此文件来编译那些修改过的文件。 automake支持c51、a51、l51/bl51、c166、a166、l166等编译连接器。点中主菜单中的automake即运行本工具。 ishell for dos使用比较繁琐，推荐使用uvision for windows。 2. 2. uvision for windows的使用 uvision是一个标准的windows应用程序，其编译功能、文件处理功能、project处理功能、窗口功能以及工具引用功能(如a51、c51、pl/m41、bl51 dscope等)等都较ishell for dos要强得多。 uvision采用bl51作连接器，因为bl51兼容l51，所以一切能在dos下工作的project都可以到uvision中进行连接调试。 uvision采用dscope for windows作调试器，该调试器支持mon51及系统模拟两种方式，功能较for dos要强大好用，调试功能强大。 注意： (1) option菜单下的各项要会使用，其中a51、c51、pl/m51、bl51定义各文件所使用的编译、连接控制指令，dscope定义一个dscope初始化文件。make则是定义一个make文件。 (2) 进入调试是在run菜单下运行dscope。 (3) project中包括新建、打开、修改、更新、编译、连接等poject处理，具体使用可参考后面的例子。 3. 第三章 keil c51 vs 标准c 深入理解并应用c51对标准ansic的扩展是学习c51的关键之一。因为大多数扩展功能都是直接针对8051系列cpu硬件的。大致有以下8类： l 8051存储类型及存储区域 l 存储模式 l 存储器类型声明 l 变量类型声明 l 位变量与位寻址 l 特殊功能寄存器(sfr) l c51指针 l 函数属性 具体说明如下(8031为缺省cpu)。 1. 第一节 keil c51扩展关键字 c51 v4.0版本有以下扩展关键字(共19个)： _at_　idata sfr16 alien interrupt small bdata large _task_ code bit pdata using reentrant xdata compact sbit data sfr 2. 第二节 内存区域(memory areas)： 1. 1. pragram area： 由code说明可有多达64kbytes的程序存储器 2. 2. internal data memory: 内部数据存储器可用以下关键字说明： data：直接寻址区，为内部ram的低128字节 00h～7fh idata：间接寻址区，包括整个内部ram区 00h～ffh bdata：可位寻址区，　 20h～2fh 3. 3. external data memory 外部ram视使用情况可由以下关键字标识： xdata：可指定多达64kb的外部直接寻址区，地址范围0000h～0ffffh pdata：能访问1页(25bbytes)的外部ram，主要用于紧凑模式(compact model)。 4. 4. speciac function register memory 8051提供128bytes的sfr寻址区，这区域可位寻址、字节寻址或字寻址，用以控制定时器、计数器、串口、i/o及其它部件，可由以下几种关键字说明： sfr：字节寻址 比如 sfr p0=0x80;为po口地址为80h，“＝”后h～ffh之间的常数。 sfr16：字寻址，如sfr16 t2=0xcc;指定timer2口地址t2l=0xcc t2h=0xcd sbit：位寻址，如sbit ea=0xaf;指定第0xaf位为ea，即中断允许 还可以有如下定义方法： sbit 0v=psw^2；(定义0v为psw的第2位) sbit 0v＝0xdo^2；(同上) 或bit 0v-＝0xd2(同上)。

IGBT (2008-06-19 14:54:45) IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给 PNP 晶体管提供基极电流，使 IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使 IGBT 关断。 IGBT 的驱动方法和 MOSFET 基本相同，只需控制输入极 N 一沟道 MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。 当 MOSFET 的沟道形成后，从 P+ 基极注入到 N 一层的空穴（少子），对 N 一层进行电导调制，减小 N 一层的电阻，使 IGBT 在高电压 时，也具有低的通态电压。 IGBT 的工作特性包括静态和动态两类： 1 ．静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和 开关特性。 IGBT 的伏安特性是指以栅源电压 Ugs 为参变量时，漏极电流与 栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压 Ugs 的控 制， Ugs 越高， Id 越大。它与 GTR 的输出特性相似．也可分为饱和 区 1 、放大区 2 和击穿特性 3 部分。在截止状态下的 IGBT ，正向电 压由 J2 结承担，反向电压由 J1 结承担。如果无 N+ 缓冲区，则正反 向阻断电压可以做到同样水平，加入 N+ 缓冲区后，反向关断电压只 能达到几十伏水平，因此限制了 IGBT 的某些应用范围。 IGBT 的转移特性是指输出漏极电流 Id 与栅源电压 Ugs 之间的 关系曲线。它与 MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电 压 Ugs(th) 时， IGBT 处于关断状态。在 IGBT 导通后的大部分漏极电 流范围内， Id 与 Ugs 呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限 制，其最佳值一般取为 15V 左右。 IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。 IGBT 处于导通态时，由于它的 PNP 晶体管为宽基区晶体管，所以其 B 值 极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过 MOSFET 的电流成为 IGBT 总电流的主要部分。此时，通态电压 Uds(on) 可用下式表示 Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh （ 2 － 14 ） 式中 Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为 0.7 ～ IV ； Udr ——扩展电阻 Rdr 上的压降； Roh ——沟道电阻。 通态电流 Ids 可用下式表示： Ids=(1+Bpnp)Imos (2 － 15 ） 式中 Imos ——流过 MOSFET 的电流。 由于 N+ 区存在电导调制效应，所以 IGBT 的通态压降小，耐压 1000V 的 IGBT 通态压降为 2 ～ 3V 。 IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。 2 ．动态特性 IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为 MOSFET 来运行的，只是在漏源电压 Uds 下降过程后期， PNP 晶体 管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。 td(on) 为开通延迟时间， tri 为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间 ton 即为 td (on) tri 之和。漏源电压的下降时间由 tfe1 和 tfe2 组成，如图 2 － 58 所示 此主题相关图片如下：IGBT 在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为 MOSFET 关断后， PNP 晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间， td(off) 为关断延迟时间， trv 为电压 Uds(f) 的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间 Tf 由图 2 － 59 中的 t(f1) 和 t(f2) 两段组成，而漏极电流的关断时间 t(off)=td(off)+trv 十 t(f) （ 2 － 16 ） 式中， td(off) 与 trv 之和又称为存储时间。