使用逻辑信号、交流耦合和接地栅极驱动 CMOS 图腾柱

尽管大规模集成在当代电子设计中无处不在，但经典 CMOS 图腾柱拓扑中的分立 MOSFET 有时仍然是不可或缺的。这使得使用逻辑电平信号有效驱动它们的提示和技巧同样有用，因为它可能有点棘手，特别是在涉及标准逻辑电压电平之外的情况下。

如果（幸运的是）它们不是，我们就得到了图 1。

幸运的是，图腾 FET 源极引脚连接到与逻辑电平匹配的正负轨，简单的直接连接（电线）就足够了。那么成功所需要的就是：

FET ON/OFF 栅源电压电平位于逻辑信号偏移范围内，并且
逻辑信号源具有足够的驱动能力来应对并联的 FET 输入电容。
第2项尤为重要，因为它影响图腾柱效率的大敌——交叉传导。

经常发生的情况是，在Q1导通和Q2不导通到相反状态之间的转变过程中，两个晶体管导通时会有一段重叠的时间间隔。这就是“交叉传导”，它会浪费电力，有时甚至会浪费很多电力。持续时间越长，浪费就越大。交叉导通的持续时间取决于逻辑信号完成0/1或1/0转换所需的时间，这取决于对各个栅极输入电容充电和放电所需的时间。延迟一个 FET 关断的电容也会延迟其互补伙伴的开启，这一事实在一定程度上缓解了跨导问题，但速度仍然至关重要。

现在假设 Q1 的 V ++源电压高于 V L。现在怎么办？图 2显示了一个简单的解决方案：交流耦合。

如果控制信号连续运行，图 2交流耦合可以解决正轨电压失配的问题。

当然，只有当逻辑信号始终具有交流分量时，这种简单的修复才有效。也就是说，如果其占空比既不是 0%（始终关闭）也不是 100%（始终打开）：0% < DC < 100%。C1 的电容应至少比 Q1 的栅极电容大一个数量级（例如，1 nF）。虽然 D1 通常可以是普通结型二极管（例如 1N4148），但如果需要额外数百 mV 的栅极驱动，肖特基型二极管可能是更好的选择。

如果图腾的负轨低于地面，交流耦合也可以发挥作用，如图3所示。当然，同样的直流限制也适用。

图 3 的交流耦合和负轨失配也是如此。

那么，如果直流电不遵守规则，并且我们不能依靠简单的二极管来定义信号电平怎么办？参见图 4。

图 4当逻辑信号停止时，“接地”栅极 Q3 保持 C1 电荷。

小信号晶体管 Q3 配置为共栅非反相高速放大器，将必要的稳态电流传输至 Q1。选择足够低的 R2 电阻来提供 Q2 的预期源极至栅极漏电流（R2 = 10k通常是一个非常保守的选择），然后R1 = R2(V ++ /V L – 1)。

当然，如图5所示，同样的技巧也适用于负图腾轨。

图 5接地栅极 Q4 将逻辑信号转移到参考 C2 和 Q2 的负电源轨。