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單片機發(fā)生的“閂鎖效應(yīng)”是什么?

更新時間: 2020-04-02
閱讀量:10724

什么是“閂鎖效應(yīng)”?這對剛開始做單片機開發(fā)的新手來說有點陌生。英銳恩單片機開發(fā)工程師解釋,從構(gòu)造上來看,單片機由大量的PN結(jié)組成。有一個由四重結(jié)構(gòu)“PNPN”組成的部分,其中連接了兩個PN結(jié)。PNPN的結(jié)構(gòu)是用作功率開關(guān)元件的“晶閘管”(Thyristor)的結(jié)構(gòu),并且單片機中的PNPN部分被稱為“寄生晶閘管”。

英銳恩單片機開發(fā)工程師介紹,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。流。一旦電流開始流動,除非電源關(guān)閉,否則它將繼續(xù)流動。由于此時的導(dǎo)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(fā)生相同現(xiàn)象的現(xiàn)象稱為“閂鎖”。

當單片機發(fā)生閂鎖時,大電流流入內(nèi)部,不僅導(dǎo)致無法正常工作,而且還可能導(dǎo)致單片機內(nèi)部的導(dǎo)線熔化并損壞元件。如果使用正確,將不會發(fā)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(fā)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。

圖1:閂鎖電流使單片機表面的金屬線熔化

圖1:閂鎖電流使單片機表面的金屬線熔化

一、晶閘管結(jié)構(gòu)是什么樣的?

圖2顯示了晶閘管(PNPN)的結(jié)構(gòu)。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。

圖2:晶閘管結(jié)構(gòu)

圖2:晶閘管結(jié)構(gòu)


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(zhì)上是向前的,因此當發(fā)生這種現(xiàn)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(guān)閉,否則它將繼續(xù)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(shè)備中的開關(guān)元件。

PNPN結(jié)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(fā)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(fā)射極(E)。

二、閂鎖發(fā)生的機理?

圖3顯示了應(yīng)用于單片機CMOS中的兩個晶體管。

圖3:閂鎖發(fā)生的機制

圖3:閂鎖發(fā)生的機制


上圖中的示例適用于N-SUB。此外,存在P-SUB的情況,但在兩種情況下均會形成寄生PNPN結(jié),因此可以以相同方式考慮閂鎖的原理。

Tr1由PMOS的源極的Pch形成,該PMOS的源極連接到N-SUB的電源,然后再連接到P-WELL。然后,Tr2由從N-SUB連接到P-WELL和GND的NMOS源極的Nch路徑形成。

Tr1和Tr2形成為如圖3的CMOS中的黃線所示。電源側(cè)為陽極,GND側(cè)為陰極,而柵極等效于NMOS P-WELL。

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(jié)構(gòu)。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-WELL。這將觸發(fā)PNPN結(jié)導(dǎo)通,從而導(dǎo)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(cè)波動,則柵極電壓將高于電源電壓,并且狀態(tài)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(fā)生此狀態(tài)。

英銳恩單片機開發(fā)工程師表示,由于單片機內(nèi)部有無數(shù)個PNPN結(jié),因此我們無法得知哪個PNPN結(jié)會引起閂鎖。

以上就是英銳恩單片機開發(fā)工程師分享的有關(guān)單片機發(fā)生的“閂鎖效應(yīng)”的知識。英銳恩專注單片機應(yīng)用方案設(shè)計與開發(fā),提供8位單片機、16位單片機、32位單片機、運放芯片和模擬開關(guān)。