MOS管栅极串联电阻放哪端？PCB Layout位置验证

前阵子一位朋友问了我一个问题，一下子把我问住了：MOS 管栅极串联电阻 R1，到底应该放在靠近驱动 IC 的一端，还是靠近 MOS 管的一端？

如上图所示，串联电阻 R1 应该靠近 IC 端，还是靠近 MOS 端？注意，图中的 L1 是走线寄生电感，并不是真的放了一颗电感器件。

我们具体沟通的情况是这样的：

他说大部分工程师和 IC 原厂都这么做，却没有给出明确原因。我当时也不清楚，但这个问题确实很实在，实际项目中也会遇到。

任何问题都是提升技术的机会，所以我记下来，花时间研究了一下。

在展开分析之前，先要搞清楚这个串联电阻到底是干什么用的。

简单说，它的作用就是抑制振荡。具体原理我以前专门写过，可以参考这篇《LC串联谐振的意义-MOS管栅极电阻》。

真实情况如何

首先，朋友说大部分情况都靠近 MOS 端放置。我先去求证了一下，看实际 Layout 是否真是如此。

这类驱动 MOS 管的电路多见于开关电源和电机驱动，所以我直接找了几家相关 IC 厂商的 demo 板，看看实际 Layout 是怎么处理的。

1. TI 无刷电机驱动芯片 DRV8300 的 demo 板

Demo 板硬件设计可以直接在 TI 官网下载。从下图可以看到，串联电阻确实放在 MOS 管端。

2. TI 的 POE 方案 TPS23753A 的 demo 板

原理图如下：

PCB 布局如下，串联电阻同样靠近 MOS 管端。

3. MPS 的无刷电机驱动芯片 MP6535

从下图可以看到，6 个 MOS 管的栅极串联电阻 R18、R19、R20、R21、R22、R23 放置在中间区域。

从走线长度看，Q1、Q2、Q3 对应的串联电阻离 MOS 管较近、离驱动 IC 较远；Q4、Q5、Q6 的电阻则介于 MOS 管和驱动 IC 之间。

单看这三个例子，那位朋友所说的“大部分情况下栅极串联电阻靠近 MOS 管放置”，确实符合事实。

是否需要考虑阻抗匹配

那我在聊天中提到的“放源端比较好，就像高速信号的阻抗匹配放在源端”，又是基于什么考虑呢？

如果考虑阻抗匹配，就等于把栅极驱动信号当成高速信号。那么，栅极驱动信号到底算不算高速信号？

一般认定高速信号的经验规则是：信号上升沿小于 6 倍的传输延时。我们大致算一下就能判断。

PCB 上信号传输速度约为 6 inch/ns，也就是 0.1524 m/ns。

以 DRV8300 为例，可以从手册中看到栅极驱动信号波形，下图中的 GHA 就是：

上升沿大约是 400 ns。如果要把它看成高速信号，需要满足公式：

$400\text{ ns} < 6 \times L / (0.1524\text{ m})$

计算得到：

$L > 10.16\text{ m}$

显然，实际栅极走线远小于 10 m，所以栅极走线不需要按高速信号线处理，也不必考虑阻抗匹配，用集总参数模型分析就足够了。

一般情况下，栅极走线长度不会超过 10 cm。假设走线就是 10 cm，要把它当成高速信号，对应的 Tr 需要满足 $Tr < 3.9\text{ ns}$。

就我的经验，MOS 管驱动电路的上升沿通常不会这么小，因此都不需要按高速信号处理。换句话说，从阻抗匹配角度，电阻没必要刻意靠近源端 IC。

放到靠近 MOS 端有什么好处

既然不必靠近 IC，那靠近 MOS 端又有没有额外的好处？

其实从上面两个模型来看，对 MOS 栅极而言，接收到的信号没有任何差别。

原因很简单：电感和电阻始终是串联关系。如果把它们看成一个整体，阻抗就是 R+jwL。对整个电路来说，两种接法完全等价，可以等效成下面这张图：

所以，我不认为串联电阻靠近 MOS 放置有什么特别的作用。

小结

以上就是我目前对 MOS 管栅极串联电阻放置位置的看法。

我觉得放在哪里都可以：靠近 MOS、靠近驱动 IC，甚至放中间都行。关键是总的走线长度要短——很多手册都强调过这一点，目的主要是降低走线寄生电感。

当然，极有可能还有我没考虑到的因素，所以“放哪儿都行”这个结论也不绝对。欢迎大家在留言区讨论，集众人之力把这个问题彻底搞清楚。