CMOS集成电路的保护措施汇.doc

CMOS集成电路的保护措施 CM0S集成电路具有一系列的优点，如功耗低，噪声容限大，抗干扰能力强，可以单电 源驱动， 电源应用范围广，输入阻抗高，价格低， 易于大规模集成等。因此它巳成为80年代 集成电路领域中发展最快的品种。下面介绍一些具体应用时的注意事项， 一·CMOS电路输入端的处理 1．输入信号电压范围： 输入额定电压不能施加在Vss一0．3≤Vin≤VD +0．3范围之外的电压， 即输入低电平不 得低于Vss-0．3V，输入高电平不得高于VD口+0．3V。 2．输入电流的限制： 每个输入端输入电流的绝对值应限制在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。 3．输入信号线的考虑； 有时为了消除信号的延迟和噪声，信号线必须加接电容。在切断电源开关瞬间， 电容将 通过输入保护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 坏输入保护二极管。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时必须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， 必然产生较大的分布电容和分布电感，很容易构成LC振 荡。一旦产生振荡负电压时很有可能使输入端保护二极管损坏。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。 =、CMOS电路多余输入端的处理 TTL等电路在忘记处理不使用的输入端时只不过会引起错误的动作，而cMOS电路则会 ；}起漏源电流上升，结温升高，具体表现在① 逻辑电平不正常，③由于cMOS电路输入阻抗 高， 因此容易接受外界噪声干扰，使电路产生误动作，③容易使栅极感应静电，造成栅击 穿，使电路受到损坏， 因此CMOS电路输入端不允许悬空。 多余的输入端，可根据具体情况与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一定的 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单，但相应地门限电平变 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注意。 需特别指出的是整个系统的悬空。当印刷板的插麈接触不良，或者插座拔去并长时期搁 置时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， 如图所示。 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保护网络。然而有了保护弼络并不 等于绝对安全。一般保护网络只能承受1KV左右的静电和几伏的干扰脉冲尖峰， 而人们在迅 速穿脱人造纤维的服装时由于衣服之间的激烈摩擦，会产生高迭几万伏的静电，这样i~g#g 位如加在MOS器件的栅极和衬底之间，则MOS器件仍有可能被损坏。因此使用时仍应特别 拄意以下几点l 1．运输和保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地，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交流电的漏电，备类仪器均应良好接地。 4．特别注意烙铁外壳应良好接地，或在焊接时拔去电源插头， 以防漏电。 5．焊接印刷板部件时，CMOS电路应在最后安装。装好CMOS电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CMOS电路时， 如信号谅和电路板是用两组电源， 则开机时先接通CMOS装置的 电源，再接通信号源或其它电源。关机时则先关其它电豫， 最后关CMOS装置的电酥。 7．由于CMOS电路是高阻抗器件，高湿度和表面污染会使器件变坏，与一般电子元件一 样应尽量避免在高温、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VGS(th)P0， VGS(th)N 0，通常为了保证正常工作，要求VDD|VGS(th)P|+VGS(th)N。 COMS反向器 若输入vI为低电平(如0V)，则负载管导通，输入管截止，输出电压接近VDD。 若输入vI为高电平(如VDD)，则输入管导通，负载管截止，输出电压接近0V。 2　CMOS反相器的主要特性 １．电压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Ⅰ：由于输入管截止，故vO=VDD，处于稳定关态。 工作区Ⅲ：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Ⅴ：负载管截止，输入管处于非饱和状态，所以vO≈0V，处于稳定的开态。 表1 CMOS电路MOS管的工作状态表 工作区