如果在+5 V之前连接+12 V，为什么会破坏Intel 8080芯片？

英特尔8080是1974年发布的经典微处理器，使用增强模式NMOS工艺制造，并显示了与此工艺相关的各种独特特性，例如需要两相时钟和三个电源轨：-5 V， +5 V和+12V。

引脚2：GND（V _SS）-接地

引脚11：-5 V（V _BB）--5 V电源。必须连接第一个电源，最后一个断开电源，否则处理器将被损坏。

引脚20：+5 V（V _CC）-+ 5 V电源。

引脚28：+12 V（V _DD）-+12 V电源这必须是最后连接的电源，也是第一个断开的电源。

我交叉引用了原始数据表，但信息有点矛盾。

绝对最大值：

相对于V _BB（-5 V）的V _CC（+5 V），V _DD（+12 V）和V _SS（GND ）：-0.3 V至+20 V.

即使在未连接时V _BB为0 V，V _DD也将为+17 V，并且不应超过绝对最大值。在Wikipedia上最初声称如果在+5 V正确之前连接+12 V会破坏Intel 8080芯片吗？

如果正确，那么执行此操作的确切失败机制是什么？如果先施加+12 V而没有-5 V，为什么会损坏芯片？我怀疑它一定与增强模式NMOS工艺有关，但我不知道半导体如何工作。

您能解释一下如何在Intel 8080内部实现电源吗？在使用相似工艺制造的同一时代的其他芯片中是否存在问题？

另外，如果我需要为Intel 8080设计电源，比如说使用三个稳压器，那么如果+12 V电压在-5 V之前上升，该如何防止芯片损坏？

— 比尔贝壳
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过去，我们只是忽略了英特尔关于电源排序的建议。请参阅IMSAI MPU-A 示意图，以了解年轻和愚蠢的人可以摆脱多少。

— Dan1138

如果我看过40年前的英特尔应用说明，正如您所看到的那样，当今的设计人员并没有这样做，那么在新设计中使用英特尔8080A的合理情况是无法想象的。有关您的应用程序的更多信息。将搜索功能提高到11位，Google是您的朋友。

— Dan1138

@ Dan1138的目的是了解其工作原理，而不是在新设计中使用它。无论如何，还是要感谢技巧，看来暂时违反适当的顺序在实践中并没有成为问题……我将尝试挖掘Bitsavers和archive.org，希望找到一些相关的资料并自己回答，并更新Wikipedia上的引用...

— 比尔外壳

当时，我使用基于Intel Multibus卡和总线规范构建的主板的Intel Intellec微计算机开发系统（MDS）。CPU卡不对8080A芯片强制执行电源启动顺序，因此总线规范必须是控制电源顺序的因素。我可以肯定知道，家用的计算机系统套件（Altair，IMSAI等）当时没有主电源总线排序。

— Dan1138

请注意，“未连接”绝对不同于“ 0V”。在任何集成电路中，您都希望将Bulk连接到低阻抗源，以避免闩锁，因为闩锁绝对会损坏您的芯片！特别是在这种早期设计中，似乎将Bulk连接到与源极/漏极不同的电压源时，很容易发生故障。在现代批量设计中，您很可能找不到类似的东西（FDSOI不会闩锁）。

— michi7x7

Answers:

在用于8080的过程中，+ 12提供了逻辑的主电压，+ 5提供了I / O引脚逻辑的电压（其目的是与TTL兼容，因此限制为0-> 5伏信号），并且-图5连接到基板。后者的电压可确保在PN结上保持反向偏置，从而使IC上的所有有源器件保持隔离状态，而PN结将它们与公共硅基板分开。

如果有任何I / O信号“低于”衬底电压，则有可能将隔离结驱动到SCR状的闩锁状态，从而导致持续不断的大电流可能损坏器件。开启和关闭三个电源电压的所需顺序旨在最大程度地降低这种风险。

正如先前的回答正确指出的那样，在实践中，系统设计人员对此要求奔忙而松懈。基本上，最重要的事情是使用驱动CPU的相同+5电源为其余系统逻辑供电，以便至少施加到CPU输入引脚的电压永远不会大于CPU“ +5”电源，或低于CPU“ -5”电源，并确保“ +12”电源始终等于或大于“ +5”电源。有时会在这些电压之间桥接一个肖特基功率二极管，以保持关系，例如在断电期间。

通常，选择三个电源的电解过滤器盖值，使-5和+12迅速上升，然后+5落后。

MOS工艺的改进允许以后的IC设计仅由+5供电，如果需要负衬底电压，则可以通过小型电荷泵电路在芯片上生成它。（例如2516 EPROM与2508、8085 cpu与8080。）

— 米兰
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我没有一个完整的答案，但是8080是Intel首批使用NMOS工艺而不是4004、4040和8008芯片的PMOS工艺的芯片之一。在NMOS中，衬底必须是整个电路中最负的点，以确保其他电路元件的隔离结正确地反向偏置。

因此，我怀疑-5V电源是直接与基板相连的，如果在没有该偏置的情况下提供其他电压，则存在通过芯片的各种意外传导路径，其中许多可能导致锁定并自我毁灭。

要回答您的最后一个问题，如果电源设计不正确，那么您需要一个单独的定序器-该电路本身需要提供-5V电源，然后才能允许其他电压到达芯片。

为了回应您的问题，我不记得在实际的基于8080的系统中需要采取任何特别的措施。

但是，此类系统通常由四个电源构成，或更准确地说，由两对电源构成：±5V和±12V（在任何串行接口中都将使用-12V），每对电源均由变压器绕组和桥式整流器驱动。5V电源在12V电源之前自然是很自然的，而在这两种电源中，-5V比+ 5V快，而负载却少得多。

因此（再次猜测），电源要么在排序方面“工作正常”，要么危险确实没有数据表作者所相信的那么严重。

— 戴夫·特威德
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我没有看到您的答案（Firefox没有滚动到该答案），并且已经在写有关基材的评论。我敢肯定，为什么必须将-5 V电源作为第一个低阻抗电压，才是正确的。较早使用pMOS是因为氧化物中的+电荷会降低Vth，因此nMOS由于杂质问题而成为灾难。因此，随着清洁度最终达到新的门槛，他们终于开始学习如何做nMOS。（这是在CMOS成功之前的。）研究表明，最大的问题是钠污染，尽管钾和锂的贡献较小。+1！

— jonk

“我怀疑-5V电源尤其直接与基板相连”。我觉得你是对的。一个强烈的暗示是OP引用的参考，其中-5V电源轨标记为VBB，其中“ B”最有可能代表“主体”，即NMOS晶体管的基板。

— Lorenzo Donati

如果我需要为Intel 8080设计电源，比如说使用三个稳压器，那么如果+ 12v电压在-5v之前上升，该如何防止芯片损坏？

稍加注意，您就可以避免这种情况。CPU在-5V时仅消耗很少的电流，因此，使用超大滤波电容器时，它自然会快速上升并缓慢下降。

通过具有较低的未稳压电压（可提供较少的“裕量”）和较低的电容（相对于电流消耗）可以使+ 12V的上升速度变慢，从而使其下降得更快。泄放电阻将确保即使在低负载下电压也足够快地下降。

我在Altair 8800中模拟了电源。在接通后的4ms内，所有电源电压几乎一起上升。在关闭时，首先下降+ 12V电源，然后下降+ 5V电源，然后下降-5V电源。

这是开机时的第一个电源周期：-

这是60个主电源周期后的关闭：

Altair的-5V电路如下所示：-

原理图

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

高未稳压直流电压（相对于5V），较大的滤波电容和轻负载的组合提供了较快的上升时间和较慢的下降时间。

Altair的+ 12V电源具有类似的电路，但是12V不会比16V小很多，因此电压下降到12V以下的速度更快（这也得益于+ 12V电源提供的更高电流）。

— 布鲁斯·雅培
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