模拟 CMOS(互补对称金属氧化物半导体)两大危害是静电和过压(信号电压超过电源电压)。了解这两种危害,用户就能有效应对。
静电荷积累(V=q/C=1kV/nC/pF)静电电压的危害可能会突破格栅极与衬底之间的绝缘氧化物(或氮化物)薄层。这种危害在正常工作的电路中很小,因为格栅极受到齐纳二极管的保护,使电荷损失到安全水平。
然而,在插入插座时,CMOS 设备和插座之间可能有大量的静电电荷。如果插座的第一个引脚碰巧没有连接齐纳二极管保护电路,电极上的电荷会通过氧化层释放,损坏设备。
以下四个步骤有助于防止系统装配阶段设备损坏:
未使用的 CMOS 设备储存在黑色导电泡沫材料中,防止引脚之间积聚电荷;
负责设备连接的操作人员应通过塑料连接带与系统电源连接;
从防护泡沫材料中取出 CMOS 设备前,泡沫材料应与电源共用,释放积累的电荷;
移动电路板时,应保持电路板接地或屏蔽。
使用模拟 CMOS 电路时,最安全的方法是确保设备上没有超过电源电压的模拟或数字电压,电源电压在额定范围内。然而,也有必要实施过压保护。如果我们了解问题的机制,在大多数情况下,保护措施将是有效的。
图片 1 是典型的 CMOS 输出开关单元的电路图和截面图。我们可以从不同单元和区域之间的连接关系中绘制等效二极管电路图(图 2)。如果在 S 端或 D 端模拟输人电压超过电源电压。
图1:典型 CMOS 输出开关单元的电路图和截面图
图 2:等效二极管电路图
不同二极管结产生的寄生晶体管处于正偏置模式。这些寄生 NPN 和 PNP 晶体管形成如图 3 所示 SCR(可控硅整流器)电路。
图 3. CMOS 开关中寄生晶体的管益应减少
过压会导致过大的电流和金属化问题。通常,作为 计算放大器的输出S 端或 D 端的电压源,因此电流不能大于操作放大器直流输出电流的限值。然而,瞬态感应电流仍然可能损坏 CMOS 器件;因此,有必要进行保护。
图4 举例说明二极管是通过电源引脚串联的(如 1)N459S 端或 D 当端电压高于电源电压时,CR1 和 / 或 CR2 反向偏置,基极驱动电路不能导致晶体管。CMOS 设备应由一对独立的二极管保护。虽然这种方法非常有效,但它并非万无一失。如果开关的一端连接到负电位(如充电电容),另一端电压超过 VDD,尽管有保护二极管。
图4:电路保护方案
在 Q2 发射极的雪崩二极管足以提供基极驱动 Q2 导通。在这种情况下,必须有限流电源或电阻与电容串联。
如果在 S 端或 D 端有瞬时过压,电压源供电端口串联电阻的建议值为 300 至 400Ω(图 4b)。



