为什么在逻辑门的输入端不超过Vcc很重要?


11

看到一个大于Vcc的电压的逻辑门(除了魔术烟雾放电)会发生什么?仅仅是因为栅极设计的电压不能高于建议的Vcc,还是即使芯片在一定电压范围内工作,将电压限制为实际的Vcc通常也很重要?


6
我喜欢标签“ magic-smoke” :)
bjarkef

我假设您的意思是“高于最大推荐电压”,通常为Vcc + 0.7或类似的值。高0.1V?绝对没有。
凯文·维米尔

既然已经解释了ESD保护二极管,我想我已经理解数据手册中的+-V建议。大概建议您不要超过这些二极管的典型0.6V二极管压降。
joeforker

Answers:


13

重要的是实际的VCC。

逻辑门(和微处理器)的每个输入和输出引脚都有一个连接VCC的二极管和一个连接GND的二极管。(如ping扫掠所示,除了一些具有几个“耐高压”集电极开路引脚的芯片)。

如果您当时从外部驱动输入高于实际VCC,则电流将流过该二极管。

  • 只要将通过该二极管的电流限制在数据表中列出的最大电流以下,轻微的过电压就不会造成永久损坏。但是,即使电流非常有限,这也足以破坏芯片上的模拟电路-当ADC读取的一个模拟输入引脚的数字值被略高于VCC的电压扰乱时,这可能是完全错误的其他一些别针。

  • 看似很小的电流流过该二极管,可能会使该引脚周围的芯片区域局部过热,从而破坏与该引脚相关的功能。一个人可能要花几天的时间来弄清楚为什么他的软件似乎可以正常工作,除了连接到那个引脚的东西。(猜猜我怎么知道?)

  • 流过该二极管的电流稍大可能会过热并破坏整个芯片。


4
+1表示“ ...他的软件似乎可以正常工作,除了连接到该引脚的内容之外。” 去过也做过!
凯文·维米尔

2
我希望数据表中使用更清晰的术语来指定能够保证正确行为(或没有器件损坏)的包络(例如“只要电流限制在+ 100uA或-1mA,此引脚可以连接到任意电压电位而不会损坏) ,或者在外部将VDD钳位至不超过5.5伏且电流限制为1mA的情况下,如果电流限制为10uA,则该引脚可以连接到任意电压而不中断操作。 VDD + 0.3V,...
超级猫

1
...或者在VSS-0.3V和VSS之间,可能有未指定数量的电流流过该引脚,但可以保证器件能够承受该电流而不会损坏。如果在工作期间引脚电压在VDD与VDD + 0.1V之间,或在VSS与VSS-0.1之间,则流过该引脚的额外电流不会超过100uA,并且不会影响器件的工作。”我想知道为什么数据表无法提供制定明确的规范,甚至只是非常保守的规范?
supercat

15

您几乎可以购买的所有IC都具有许多“隐藏的功能”,这些功能被认为是存在的,因此在数据手册中没有进行讨论。

其中包括体二极管/ ESD抑制二极管。这些家伙通常藏在每个设备的每个I / O引脚上,从基本逻辑门到内存再到高端微处理器。它们将高于VDD(电源电压)或低于VSS(电源公共端)的任何电压路由至适当的电源轨。

如果施加的电压超过上述两个限制之一,体二极管将变为正向偏置,并有效地将引脚上的电平钳位到VDD或VSS。这听起来不错,通常是这样,但是它们是非常小的设备,无法消耗很多功率。您可能最终损坏该二极管(将其短路或吹断)。在前一种情况下,它可能导致“卡住” I / O引脚,而在后一种情况下,下一次过电压会破坏输入。

集电极开路输出很方便,因为它可以控制某些输出,正如pingsept所提到的。将小型电阻器与可能与恶劣电压接触的输入串联,和/或使用外部二极管(与IC本身的保护二极管相比,即使1N914的体积也很大)是帮助保护器件的好方法。

当然,正确设计输入或输出电路以处理此类连续或重复的瞬态事件本身可能是设计上的挑战。一般而言,如果您担心要烧掉昂贵的零件,请使用(便宜得多)且最好是插口式缓冲IC缓冲输入或输出。


6

有两个问题:如果输入端的电压高于VCC或低于GND,则从输入到GND和VCC的保护二极管将允许大电流。最终,二极管可能会发热很多,并变成低欧姆电阻,即,它们的作用就像是从输入到VCC或GND的短路。同样,可能会发生闩锁。这意味着,只要存在外部电压并导致电流流入输入,隐藏在IC输入电路内部的寄生晶闸管将导通并保持导通状态。最终,输入电路可能会发热,并会造成永久性损坏。

数据表中有两件事需要注意:相对于芯片上施加的实际VCC的输入电压(它们读取的V_in值必须小于VCC + 0.3V且大于GND-0.3V)以及输入端的绝对电压引脚(例如V_in必须小于6V)。超过相对于VCC的限制可能会烧毁内部二极管。超过绝对限制可能会在输入端烧坏CMOS晶体管的栅极。

当为IC本身提供3.3V电源时,一些为3.3V逻辑和5V逻辑之间的接口设计的逻辑门可以处理输入的5V,但这很少见。这些IC从输入到VCC缺少保护二极管(通常从输入到GND带有z二极管以及其他一些防止ESD损坏的技巧)。

By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.