在電子電路設(shè)計(jì)與調(diào)試的過程中，常常會(huì)遇到各種令人頭疼的問題，正所謂 “電路和我有一個(gè)能跑就行，電路不跑我就跑”。這次，我們就來深入探討一起電池采樣電路異常的案例，看看其中隱藏著怎樣的玄機(jī)。

問題描述

某產(chǎn)品的電池采樣電路樣機(jī)出現(xiàn)了概率性的異常情況，大約有 40uA 額外的漏電流，具體表現(xiàn)為五臺(tái)樣機(jī)中就有一臺(tái)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。經(jīng)過細(xì)致的排查，問題最終定位到了 PMOS 管上，并且發(fā)現(xiàn)更換 PMOS 管能夠解決這個(gè)問題。該電路的原理圖如下所示：

圖 1 電池采樣電路原理圖

原理圖分析

當(dāng) ADC_EN 為高電平時(shí)，NMOS 管 Q20 導(dǎo)通，進(jìn)而使得 PMOS 管 Q19 導(dǎo)通，此時(shí) ADC1 能夠采集得到 VIN 的電壓，根據(jù)電路原理，ADC1 的電壓值近似為 VCC * 4.7K / 104.7K。而當(dāng) ADC_EN 為低電平時(shí)，NMOS 管和 PMOS 管均處于關(guān)斷狀態(tài)，按照理論分析，此時(shí)在 R66 和 R67 上不應(yīng)該有漏電流，這也是低功耗電路設(shè)計(jì)的基本要求。

圖 2 電路狀態(tài)分析
然而，實(shí)際情況卻與理論分析不符。在 Q19 截止的時(shí)候，仍然會(huì)出現(xiàn) 40uA 的漏電流，這顯然是電路存在異常的表現(xiàn)。

原因分析

為了找出問題的根源，設(shè)計(jì)人員經(jīng)過仔細(xì)與群友核對(duì) VIN 電壓后，發(fā)現(xiàn) VIN 對(duì)應(yīng)的電池電壓為 12V，并且當(dāng)電池充滿電后，其電壓會(huì)更高，大于 12V。進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這個(gè)原理圖是從 4.2V 的鋰電池采集電路里直接拷貝過來的。
當(dāng) NMOS 管導(dǎo)通后，PMOS 管兩端的 VGS 電壓幾乎等同于 VIN，也就是大于 12V。而該電路中采用的 PMOS 管型號(hào)為 AO3401，其 VGS 耐壓絕對(duì)最大值為 ±12V。結(jié)合之前更換 PMOS 管能夠解決問題的現(xiàn)象，可以推測(cè)是 PMOS 管的 VGS 過壓導(dǎo)致其內(nèi)部受到損傷，從而產(chǎn)生了額外的漏電流。

圖 3 PMOS 管電壓分析

解決方案

針對(duì)上述問題，我們可以采取以下幾種解決方案：

1. 電阻分壓后控制 PMOS：通過合理設(shè)置電阻分壓電路，降低 PMOS 管兩端的 VGS 電壓，使其處于安全的工作范圍內(nèi)。更改后的電路圖大致如下：
   
   圖 4 電阻分壓控制 PMOS 電路圖
2. 更換 VGS 耐壓更高的 PMOS：選擇 VGS 耐壓更高的 PMOS 管，例如 AO3407，以確保在實(shí)際工作電壓下，PMOS 管能夠正常工作，避免因過壓而損壞。
   
   圖 5 高耐壓 PMOS 管
3. 當(dāng)然，“提桶跑路” 只是一句玩笑話，在實(shí)際工作中，我們應(yīng)該積極面對(duì)問題，通過科學(xué)的方法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度去解決問題。
   
   圖 6