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合理的电源管理可避免CMOS芯片的闭锁

如果在电源关闭的情况下将信号应用于CMOS芯片的输入,则重新接通电源时芯片可能会爆炸。这称为闭。同样,如果将CMOS芯片的输出拖动到电源轨的上方或下方,则可以闭锁该部件。闩锁并不总是具有破坏性。有时部件会升温,但是当你移除所有电源和信号时,芯片就会在闭锁情况下幸存下来。 CMOS IC是微控制器,运算放大器模数转换器ADC),逻辑还是模拟多路复用器并不重要。
当您尝试在设计的不同部分上电和下电以节省电量时,Latchup成为一个真正的问题。当您将其他设备的电缆或输入直接连接到芯片时,这也是一个问题。另一个常见问题是CMOS输出连接到大容性负载时。当您关闭电源时,该部件将进入闭锁状态。只要你没有重新打开电源一段时间就可以了,电容器中的能量会消失,CMOS部件也会失效。但是,如果有人快速循环电源,或者如果出现瞬间辍学或故障,那么该部件会打开盖子。当我听说Atmel SAM L21微控制器在芯片内部有五个独立的电源域时,我开始考虑闭锁问题。 SAM L21不是将时钟扼杀到不需要的电路块,而是关闭块的电源。这很好,因为它消除了由该块引起的任何漏电流。 IC设计人员可以使用微小的快速低价的晶体管,这些晶体管往往具有更高的泄漏,但这并不重要。当你关闭电路块时,逻辑门上的电压为零,就没有泄漏。
制造SAM L21的IC设计人员不得不遇到与大家系统人员一样的闩锁问题。我使用的技巧之一是将高值电阻与输入到设备的输入串联起来(图1a)。另一种方法是在输入和输出上使用肖特基二极管钳位,因此它们永远不会超过导轨上方或下方的二极管压降(0.6V)(图1b)。

合理的电源管理可避免CMOS芯片的闭锁

图1为了防止CMOS芯片中的闭锁,可以在输入和输出之间放置高阻值电阻(一个)。另一种解决方案是将肖特基二极管钳位在导线中,以防止它们在开关Vcc网(b)之上或之下超过0.3V。请注意,电源仍会通过输入引脚和内部ESD二极管流入开关芯片。


在原理图上设置分立二极管夹是很好的,以提醒您已经以ESD(静电放电)二极管的形式将它们放在芯片内部。我看到工程师们花了好几个小时试图弄清楚为什么昂贵的军用电子产品盒不能正常工作。它有点工作,但没有任何意义。问题是他们没有打开电源盒。 CMOS电路由另一个盒子或测试设备的输入供电(图2)。

合理的电源管理可避免CMOS芯片的闭锁

图2大多数IC的输入引脚上的电压将流经其ESD二极管结构并为芯片自供电,更糟糕的是,任何连接到同一电源网的芯片。


不要笑,它发生在很多优秀的工程师身上,你可能会成为下一个。由于CMOS电路需要的功率很小,输入可以翻转内部ESD二极管,您不仅可以为芯片的Vcc线供电,Vcc线连接到所有其他芯片,它们也将上电。那么你就有可能锁定第一个IC,而你首先并没有真正省电。

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