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探究什么是單片機的閂鎖效應

單片機匠人 ? 來源:單片機匠人 ? 作者:黃忠老師 ? 2021-11-18 10:57 ? 次閱讀

什么是“閂鎖效應”?這個詞兒對我們來講可能有點陌生。從構造上來看,單片機由大量的PN結組成。有一個由四重結構“PNPN”組成的部分,其中連接了兩個PN結。PNPN的結構是用作功率開關元件的“晶閘管”的結構,并且單片機中的PNPN部分被稱為“寄生晶閘管”。

晶閘管由三個端子組成:陽極(正極),陰極(負極)和柵極(門)。通常,電流不從陽極流向陰極,但是當信號輸入到柵極時,電流從陽極流向陰極。一旦電流開始流動,除非電源關閉,否則它將繼續流動。由于此時的導通電阻非常小,因此流過大電流。在單片機的寄生晶閘管中發生相同現象的現象稱為“閂鎖”。

當單片機發生閂鎖時,大電流流入內部,不僅導致無法正常工作,而且還可能導致單片機內部的導線熔化并損壞元件。如果使用正確,將不會發生閂鎖,但是如果您錯誤地啟動電源或陡峭的高壓噪聲進入引腳,則會發生閂鎖。圖1是單片機表面上的金屬布線的圖片,該金屬布線實際上已被閂鎖電流熔化。

一、晶閘管結構是什么樣的?

晶閘管(PNPN)的結構。當將正電勢施加到陽極而將負電勢施加到陰極時,由于J1和J3為正向,而J2為反向,因此沒有電流從陽極流向陰極。

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晶閘管結構

然而,當將電壓施加到柵極并且電流流動時,J2的反向電流被柵極電流加速,并且電流流過J2。由于J1和J3本質上是向前的,因此當發生這種現象時,電流開始從陽極流向陰極。一旦電流開始流動,除非陽極電源關閉,否則它將繼續流動。這是晶閘管切換操作。利用這種操作,晶閘管被用作電力設備中的開關元件。

PNPN結被認為是PNP晶體管和NPN型的組合,如圖2-b所示。電路圖顯示了如圖2-c所示的雙晶體管配置。Tr1的發射極(E)成為晶閘管陽極,基極是Tr1的集電極(C),Tr2的基極(B),陰極是Tr2的發射極(E)。

二、閂鎖發生的機理?

圖3顯示了應用于單片機CMOS中的兩個晶體管。

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圖3:閂鎖發生的機制

上圖中的示例適用于N型襯底。此外,存在P型襯底的情況,但在兩種情況下均會形成寄生PNPN結,因此可以以相同方式考慮閂鎖的原理。Tr1由PMOS的源極的P溝道形成,該PMOS的源極連接到N型襯底的電源,然后再連接到P阱。然后,Tr2由從N型襯底連接到P阱和GND的NMOS源極的N夠到路徑形成。

Tr1和Tr2形成為如圖3的CMOS中的黃線所示。電源側為陽極,GND側為陰極,而柵極等效于NMOS P阱。CMOS輸入線連接到NMOS的柵極。柵極和P-WELL在插入柵極氧化膜的情況下形成與電容器相同的結構。電容器很容易通過高頻信號,因此,如果噪聲進入輸入線,并且噪聲的dV/dt大(高頻分量大),則它會穿過柵氧化膜并到達P阱。這將觸發PNPN結導通,從而導致大電流從電源流向GND。

另外,如果電源線急劇波動,特別是如果它向負側波動,則柵極電壓將高于電源電壓,并且狀態將與噪聲進入柵極時相同。如果在建立單片機的電源之前在端子上施加了電壓,則會發生此狀態。

編輯:jq

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原文標題:什么是單片機的閂鎖效應?

文章出處:【微信號:gh_e7f294a514ca,微信公眾號:單片機匠人】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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