CMOS集成电路保护 .docx

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1、精品名师归纳总结CMOS集成电路的爱惜措施CM0S集成电路具有一系列的优点，如功耗低，噪声容限大，抗干扰才能强，可以单电源驱动，电源应用范畴广，输入阻抗高，价格低，易于大规模集成等。因此它巳成为80岁月集成电路领域中进展最快的品种。下面介绍一些具体应用时的留意事项，一CMO电S 路输入端的处理1输入信号电压范畴：输入额定电压不能施加在Vss一03Vin VD +03范畴之外的电压，即输入低电平不得低于Vss-0 3V，输入高电平不得高于 VD口+03V。2. 输入电流的限制：每个输入端输入电流的确定值应限制在1OmA以内，一般输入电流以不超过1mA为佳这可以通过在输入端加接一个限流电阻来实现。

2、3. 输入信号线的考虑。有时为了排除信号的推迟和噪声，信号线必需加接电容。在切断电源开关瞬时，电容将通过输入爱惜二极管和电源内阻放电。当电容容量较大时瞬时放电电流就会很大，有可能烧坏输入爱惜二极管。因此一般当电容容量小于500P时信号线可直接接入输入端。当电容大于500P 时必需通过一个限流电阻与输入端相接，以防止输入端的过电流损坏。另外，当输入信号线较长时，必定产生较大的分布电容和分布电感，很简洁构成LC振荡。一旦产生振荡负电压时很有可能使输入端爱惜二极管损坏。因此当输入信号线较长时也要通过一个限流电阻接入输入端。=、CMO电S 路余外输入端的处理TTL等电路在遗忘处理不使用的输入端时只不过

3、会引起错误的动作，而cMOS电路就会。 起漏源电流上升，结温上升，具体表现在规律电平不正常，由于cMOS电路输入阻抗高，因此简洁接受外界噪声干扰，使电路产生误动作，简洁使栅极感应静电，造成栅击穿，使电路受到损坏，因此 CMO电S 路输入端不答应悬空。余外的输入端，可依据具体情形与V。或 GND相连接，也可和其它的输入端相连接。 当和V 。或GND相接时， V 和GND也作为一个信号输入，因此这部分电路也产生确定的动作I 当和其它输入端相接时，对接线及印刷线路设计而言比较简洁，但相应的门限电平变化时杂声容限也会降低，并且会增加输入容量，使速度下低，因而应视用途不同而加以留意。需特殊指出的是整个系

4、统的悬空。当印刷板的插麈接触不良，或者插座拔去并长时期搁置常常含使下一级电路输入端漂浮而造成损坏。因此为了安全起见，可以在备输入端上接入限流保扩电阻，如以下图。兰、静电击穿与预防措彘为了防止产生静电击穿，通常在制造集成电路时在每个输入端上都加有标准爱惜网络。然而有了爱惜弼络并不等于确定安全。一般爱惜网络只能承担1KV左右的静电和几伏的干扰脉冲尖峰，而人们在迅可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结速穿脱人造纤维的服装时由于衣服之间的猛烈摩擦，会产生高迭几万伏的静电，这样ig#g位如加在 MOS器件的栅极和衬底之间，就MOS器件仍有可能被损坏。因此使用时仍应特殊拄意以下几点 l 1运输和

5、储存时用铝箔或导电性容器密封起来，绝不能存放在易产生静电的泡沫塑料、塑料袋或其它容器中。2. 工作时人体通过高阻接的，工作服，手套等应由无静电材料制成。3. 为防止电测量仪器的来自沟通电的漏电，备类仪器均应良好接的。4. 特殊留意烙铁外壳应良好接的，或在焊接时拔去电源插头，以防漏电。5. 焊接印刷板部件时，CMO电S 路应在最终安装。装好CMO电S 路的印刷板应用短路插头短路后存放，或者存放在屏蔽的导电盒内。6. 调试 CMO电S 路时，如信号谅和电路板是用两组电源，就开机时先接通CMO装S 置的电源，再接通信号源或其它电源。关机时就先关其它电豫，最终关CMO装S 置的电酥。7由于 CMO电S

6、 路是高阻抗器件，高湿度和表面污染会使器件变坏，与一般电子元件一样应尽量防止在高温、高湿、粉尘条件下使用。1 CMOS反相器工作原理CMOS反相器由一个 P 沟道增强型 MOS管和一个 N沟道增强型 MOS管串联组成。通常 P 沟道管作为负载管， N沟道管作为输入管。两个 MOS管的开启电压 VGSthP 0，通常为了保证正常工作，要求 VDD| VGSthP |+ VGSthN 。COMS反向器如输入 vI 为低电平 如 0V，就负载管导通，输入管截止，输出电压接近 VDD。如输入 vI 为高电平 如 VDD ，就输入管导通，负载管截止，输出电压接近 0V。2 CMOS反相器的主要特性 电压

7、传输特性和电流传输特性CMOS反相器的电压传输特性曲线可分为五个工作区。工作区：由于输入管截止，故vO=VDD，处于稳固关态。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结工作区： PMOS和 NMOS均处于饱和状态，特性曲线急剧变化， vI 值等于阈值电压Vth 。工作区：负载管截止，输入管处于非饱和状态，所以vO0V，处于稳固的开态。工作区输入电压 v 范畴IPM OS 管NM OS 管输出0v VIGSthN非饱和截止v VODDVGSthNvI vO+ VGSthPv + VOGSthPv v + VIOG SthN非饱和饱和饱和饱和v + VOGSthNv VI+ VDDG S t

8、hP饱和非饱和V+ Vv VD DGSthPIDD截止非饱和v 0O表 1CMOS电路 MOS管的工作状态表CMOS反相器的电流传输特性曲线，只在工作区时，由于负载管和输入管都处于饱和导通状态，会产生一个较大的电流。其余情形下，电流都微小。CMOS反相器具有如下特点：(1) 静态功耗极低。在稳固时， CMOS反相器工作在工作区和工作区，总有一个 MOS管处于截止状态，流过的电流为微小的漏电流。(2) 抗干扰才能较强。由于其阈值电平近似为0.5 VDD，输入信号变化时，过渡变化陡峭，所以低电平噪声容限和高电平噪声容限近似相等，且随电源电压上升，抗干扰才能增强。(3) 电源利用率高。 VOH=VD

9、D，同时由于阈值电压随VDD变化而变化，所以答应 VDD有较宽的变化范畴，一般为 +3+18V。(4) 输入阻抗高，带负载才能强。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结输入特性和输出特性(1) 输入特性为了爱惜栅极和衬底之间的栅氧化层不被击穿，CMOS输入端都加有爱惜电路。由于二极管的钳位作用，使得MOS管在正或负尖峰脉冲作用下不易发生损坏。考虑输入爱惜电路后， CMOS反相器的输入特性如图5 所示。(2) 输出特性a.低电平输出特性当输入 vI 为高电平常，负载管截止，输入管导通，负载电流I OL灌入输入管，如图 3-5-6所示。灌入的电流就是N沟道管的i DS，输出特性曲线如图

10、3-5-7所示。输出电阻的大小与 vGSN vI 有关， vI 越大，输出电阻越小，反相器带负载才能越强。电源特性CMOS反相器的电源特性包含工作时的静态功耗和动态功耗。静态功耗特殊小，通常可忽视不计。CMOS反相器的功耗主要取决于动态功耗，特殊是在工作频率较 高时，动态功耗比静态功耗大得多。当CMOS反相器工作在第工作区时，将产生瞬时大电流，从而产生瞬时导通功耗PT。此外，动态功耗仍包括在状态发生变化时，对负载电容充、放电所消耗的功耗。3 CMOS传输门可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结CMOS传输门是由 P 沟道和 N沟道增强型 MOS管并联互补组成。传输门传输高电平信号时，

11、如把握信号 C为有效电平，就传输门导通，电流从输入端经沟道流向输出端，向负载电容 CL 充电，直至输出电平与输入电平相同，完成高电平的传输。如传输低电平信号，电流从输出端流向输入端，负载电容CL 经传输门向输入端放电，输出端从高电平降为与输入端相同的低电平，完成低电平传输。4 CMOS规律门电路 CMOS与非门、或非门当输入信号为 0 时，与之相连的N沟道 MOS管截止， P 沟道 MOS管导通。反之就 N沟道 MOS管导通， P 沟道 MOS管截止。(1) 输出电阻受输入端状态的影响。(2) 当输入端数目增多时，输出低电平也随着相应提高，使低电平噪声容限降低。三态输出 CMOS门是在一般门电

12、路上，增加了把握端和把握电路构成，一般有三种结构形式。第一种形式：在反相器基础上增加一对P 沟道 T P 和 N沟道 T N MOS 管。当把握端为 1 时， T P 和 T N同时截止，输出呈高阻态。当把握端为 0 时， T P 和 T N同时导通，反相器正常工作。该电路为低电平有效的三态输出门。其次种形式和第三种形式：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结漏极开路输出门如图 18 所示，其原理与 TTL 开路输出门相同。CMOS电路以其低功耗、高抗干扰才能等优点得到广泛的应用。其工作速度已与 TTL电路不相上下，而在低功耗方面远远优于 TTL 电路。系列CC4000系列54HC/

13、74HC系列目前国产 CMOS规律门有 CC 4000 系列和高速 54HC/74HC系列，主要性能比较如下：电源电压传输推迟边沿时间最高工作/V/ns/ns频率/MHz31890803269625表 2CMOS门性能比较 CMOS电路的锁定效应图中的 T1 T6 均为寄生三极管，是产生锁定效应的缘由。寄生三极管等效电路中， T1 和 T2 构成了一个正反馈电路。在 CMOS电路中假如发生了 T1、T2 寄生三极管正反馈导电情形，称为锁定效应，或称为可控硅效应。为保证 CMOS电路不产生锁定效应，vI 和 vO 必需中意： CMOS器件使用时应留意的问题可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师

14、归纳总结(1) 输入电路的静电防护措施：运输时最好使用金属屏蔽层作为包装材料。组装、调试时，仪器外表、工作台面及烙铁等均应有良好接的。不使用的余外输入端不能悬空，以免拾取脉冲干扰。(2) 输入端加过流爱惜措施：在可能显现大输入电流的场合必需加过流爱惜措施。如在输入端接有低电阻信号源时、在长线接到输入端时、在输入端接有大电容时等，均应在输入端接入爱惜电阻RP。(3) 防止 CMOS器件产生锁定效应措施：在输入端和输出端设置钳位电路。在电源输入端加去耦电路，在 VDD输入端与电源之间加限流电路，防止VDD端显现瞬态高压。在 vI 输入端与电源之间加限流电阻，使得即使发生了 锁定效应，也能使 T1、

15、T2 电源限制在确定范畴内，不致于损坏器件。假如一个系统中由几个电源分别供电时，各电源开关次序 必需合理，启动时应先接通CMOS电路的电源，再接入信号源或负载电路。关闭时，应先切断信号源和负载电路，再切断CMOS电源。直流噪声容限电路类型电源电压 传输推迟 静态功耗/V时间/ns/mW功耗推迟积/mW-nsVNL/VVNH/VCT54/74510151501.22.2TTLCT54LS/74LS57.52150.40.5各类数字集成电路主要性能参数的比较 表 3 各类数字集成电路主要性能参数比较表可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结DD=5VDD=15VHTL158530255077.5CE10K系列5.2225500.1550.125ECLCE100K系列4.50.7540300.1350.130V545510 3225 3102.23.4CMOSV15121510 3180 3106.59.0高速 CMOS58110 38 10 31.01.5可编辑资料 - - - 欢迎下载