CMOS的維護(hù)電路

輸入維護(hù)電路

當(dāng)器件加有過(guò)大的電壓或電流時(shí)，器件會(huì)遭到損傷而導(dǎo)致性能劣化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)被擊穿。這時(shí)芯片上的布線或器件的分離局部將會(huì)被毀壞，或者與上下／左右相鄰的布線或器件短路，以至于信號(hào)線開(kāi)路或短路。

CMOS器件的輸入連接在n溝晶體管或者p溝晶體管的柵極上。圖10. 29示出MOS晶體管的剖面，柵區(qū)有一層十分薄的絕緣氧化膜（Si02）。Si02膜具有109V/m(103 V/μm)的絕緣強(qiáng)度。不過(guò)由于CMOS器件的柵氧化膜厚度在0.1μm以下，十分薄，一切幾十伏至幾百伏的電壓就會(huì)惹起絕緣擊穿。

人身體產(chǎn)生的靜電會(huì)高達(dá)幾千伏至幾萬(wàn)伏，冬天用手觸摸CMOS器件時(shí)，很容易損壞器件。為了免受靜電對(duì)柵氧化膜形成損傷，在CMOS器件的輸入局部都配置有維護(hù)電路。

圖10. 30示出典型的輸入維護(hù)電路。在原來(lái)的等效電路中的輸入信號(hào)線上附加二極管，起到維護(hù)電路的作用。當(dāng)輸入端由于靜電等緣由加有過(guò)大的電壓／電流時(shí)，它能夠使正電荷沿電源線，負(fù)電荷沿GND線逃逸。

圖10. 30(a)的維護(hù)電路設(shè)置有擴(kuò)散電阻，關(guān)于二極管短時(shí)間內(nèi)吸收不了的能量，它起到延遲電路的作用，延緩這些能量向柵極傳送。它的弊端是在高速CMOSIC中會(huì)招致信號(hào)傳輸時(shí)間的滯后。

圖10. 30(b)的維護(hù)電路運(yùn)用了等效構(gòu)成二極管的MOS晶體管。用這個(gè)電路，能夠使MOS晶體管ON時(shí)電荷經(jīng)過(guò)溝道逃逸。依照普通的二極管方式，作為維護(hù)電路有良好的響應(yīng)性，不過(guò)從芯片面積以及幅員設(shè)計(jì)角度看，有不利影響。

輸出的維護(hù)

圖10. 31示比CMOS IC的輸出局部。輸出n溝晶體管／p溝晶體管的漏極相互銜接構(gòu)成輸出端。在漏極局部各自構(gòu)成寄生的pn二極管／np二極管。由于這些二極管，能夠維護(hù)輸出局部的過(guò)大電壓。另外，在某些情況下也能使輸出晶體管內(nèi)身瞬態(tài)ON，免受異常電荷的損害。

電源／GND浮動(dòng)時(shí)的維護(hù)

當(dāng)CMOS器件沒(méi)有裝置在印制電路板上，而是處于單個(gè)焊接狀態(tài)時(shí)，假如呈現(xiàn)異常的外加電壓，該如何處置呢？VDD或GND會(huì)有浮動(dòng)的狀況，怎樣維護(hù)呢？圖10.32示出CMOS器件的最小電路構(gòu)造反相器電路以及輸入維護(hù)電路的例子。

CMOS IC由于插入輸入維護(hù)電路，一切的端子都用二極管與電源VDD或者GND銜接。當(dāng)輸入端與VDD GND之間有異常電壓時(shí)，如圖10. 33所示，必然形成正向或者反向流入二極管的電流通道，維護(hù)內(nèi)部電路。這就是說(shuō)，假如二極管的反向耐壓比MOS晶體管的柵氧化膜的絕緣擊穿電壓低，那么關(guān)于裝置前的異常電壓就具有維護(hù)電路的作用。

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