เหตุใดจึงสำคัญที่จะไม่เกิน Vcc ที่อินพุตไปยังประตูตรรกะ?

เกิดอะไรขึ้นกับประตูลอจิก (นอกเหนือจากการปล่อยควันเวทย์) เห็นแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่า Vcc? เป็นเพราะประตูไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า Vcc ที่แนะนำหรือเป็นสิ่งสำคัญที่จะ จำกัด แรงดันไฟฟ้าให้กับ Vcc ที่เกิดขึ้นจริงแม้ว่าชิปจะทำงานในช่วงแรงดันไฟฟ้าหรือไม่?

มันคือ VCC ที่แท้จริงที่สำคัญ

ประตูลอจิก (และไมโครโปรเซสเซอร์) มีไดโอด VCC และไดโอด GND ที่ทุกขาเข้าและขาออก (ยกเว้นสำหรับชิปบางตัวที่มีพินตัวสะสมแบบเปิด "ทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูง" ไม่กี่ตัวตามที่ระบุไว้ใน pingswept)

หากคุณขับอินพุตภายนอกสูงกว่า VCC จริง ณ เวลานั้นกระแสจะไหลผ่านไดโอดนั้น

• ตราบใดที่คุณ จำกัด กระแสผ่านไดโอดนั้นต่ำกว่าค่าสูงสุดที่ระบุในแผ่นข้อมูลแรงดันเกินเล็กน้อยจะไม่ทำความเสียหายถาวร อย่างไรก็ตามแม้จะถูก จำกัด ให้มีกระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย แต่ก็เพียงพอที่จะทำลายวงจรอะนาล็อกบนชิป - ค่าดิจิทัลจาก ADC ที่อ่านหนึ่งอินพุตขาเข้าแบบอะนาล็อกอาจผิดอย่างสิ้นเชิงเมื่อมันถูกรบกวนจากแรงดันที่สูงกว่า VCC เล็กน้อย เข็มอื่น ๆ

• ดูเหมือนว่ากระแสเล็ก ๆ ที่ไหลผ่านไดโอดนั้นสามารถทำให้พื้นที่ร้อนบนชิปรอบ ๆ พินนั้นเกิดความร้อนขึ้นซึ่งจะทำลายการทำงานที่เกี่ยวข้องกับพินนั้น บุคคลสามารถใช้เวลาหลายวันเพื่อพยายามหาสาเหตุว่าทำไมซอฟต์แวร์ของเขาจึงดูเหมือนว่ามันใช้งานได้ดีที่สุดยกเว้นสิ่งที่เชื่อมต่อกับขาเดียว (เดาว่าฉันรู้เรื่องนี้ได้อย่างไร)

• กระแสที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเล็กน้อยผ่านไดโอดนั้นสามารถทำให้ร้อนมากเกินไปและทำลายชิปทั้งหมด

IC เกือบทุกตัวที่คุณสามารถซื้อมี "คุณสมบัติที่ซ่อนอยู่" จำนวนหนึ่งซึ่งสันนิษฐานว่ามีอยู่และไม่ได้กล่าวถึงในแผ่นข้อมูล

กลุ่มคนเหล่านี้ร่างกายไดโอด / ไดโอดปราบปราม ESD โดยทั่วไปแล้วพวกเหล่านี้จะซ่อนอยู่ในทุกขา I / O บนทุกอุปกรณ์ตั้งแต่ประตูตรรกะพื้นฐานจนถึงหน่วยความจำไปจนถึงไมโครโปรเซสเซอร์ระดับสูง พวกเขากำหนดเส้นทางแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่มากกว่า VDD (แรงดันไฟฟ้าจัดหา) หรือต่ำกว่า VSS (จ่ายทั่วไป) ไปยังรางที่เหมาะสม

หากคุณใช้แรงดันไฟฟ้าเกินขีด จำกัด ทั้งสองตัวไดโอดจะกลายเป็นลำเอียงไปข้างหน้าและยึดระดับที่หมุดอย่างมีประสิทธิภาพกับ VDD หรือ VSS ฟังดูดีและโดยทั่วไปแล้วมันเป็นอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กมากและไม่สามารถกระจายพลังงานได้มาก คุณสามารถสร้างความเสียหายให้กับไดโอดนี้ (ทำให้มันสั้นลงหรือเปิดออกได้) ในกรณีก่อนหน้านี้อาจนำไปสู่การหมุด I / O ที่ "ติด" และในกรณีหลังแรงดันไฟฟ้าถัดไปสามารถทำลายอินพุต

เอาต์พุตตัวสะสมแบบเปิดมีประโยชน์สำหรับความสามารถในการควบคุมเอาต์พุตบางตัวตามที่ pingwept ได้กล่าวถึงไปแล้ว การใส่ตัวต้านทานขนาดเล็กเป็นอนุกรมพร้อมกับอินพุตซึ่งอาจสัมผัสกับแรงดันไฟฟ้าที่น่ารังเกียจและ / หรือการใช้ไดโอดภายนอก (แม้แต่ 1N914 นั้นมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับไดโอดป้องกันบน IC เอง) เป็นวิธีที่ดีในการปกป้องอุปกรณ์

แน่นอนว่าการออกแบบวงจรอินพุตหรือเอาต์พุตของคุณอย่างถูกต้องเพื่อจัดการกับเหตุการณ์ชั่วคราวอย่างต่อเนื่องหรือซ้ำ ๆ เช่นนี้อาจเป็นความท้าทายด้านการออกแบบในตัวของมันเอง โดยทั่วไปหากคุณกังวลเกี่ยวกับการเป่าชิ้นส่วนที่มีราคาแพงให้บัฟเฟอร์อินพุตหรือเอาต์พุตด้วย (มาก) ที่ถูกกว่าและดีกว่าบัฟเฟอร์ไอซีบัฟเฟอร์

สองประเด็น: การป้องกันไดโอดจากอินพุตไปยัง GND และ VCC จะอนุญาตให้กระแสขนาดใหญ่ถ้าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตสูงกว่า VCC หรือต่ำกว่า GND ในที่สุดไดโอดนั้นอาจร้อนขึ้นมากและกลายเป็นความผิดพลาดต่ำเช่นว่าพวกเขาจะทำหน้าที่สั้น ๆ จากอินพุตไปยัง VCC หรือ GND นอกจากนี้ยังอาจเกิดการล็อค ซึ่งหมายความว่าตัวเบียนของปรสิตที่ซ่อนอยู่ภายในวงจรอินพุตของ IC จะเปิดและยังคงเปิดอยู่ตราบใดที่มีแรงดันไฟฟ้าภายนอกอยู่และทำให้กระแสไหลเข้าสู่อินพุต ในที่สุดวงจรป้อนข้อมูลอาจร้อนขึ้นและเกิดความเสียหายถาวร

มีสองสิ่งที่ต้องดูในแผ่นข้อมูล: แรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่สัมพันธ์กับ VCC จริงที่ใช้กับชิป (พวกเขาอ่านบางอย่างเช่น V_in ต้องน้อยกว่า VCC + 0.3V และมากกว่านั้น GND-0.3V) และแรงดันสัมบูรณ์ที่อินพุต พิน (เช่น V_in จะต้องน้อยกว่า 6V) เกินขีด จำกัด ที่สัมพันธ์กับ VCC จะพัดไดโอดภายใน การใช้เกินขีด จำกัด สัมบูรณ์จะทำให้เกททรานซิสเตอร์ CMOS ที่อินพุต

ประตูลอจิกบางตัวออกแบบมาสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างลอจิก 3.3V และลอจิก 5V สามารถจัดการ 5V ที่อินพุตเมื่อ IC นั้นมาพร้อมกับ 3.3V แต่สิ่งเหล่านี้หายาก ไอซีเหล่านี้ขาดไดโอดป้องกันจากอินพุตถึง VCC (และมักจะมีไดโอด z จากอินพุตไปยัง GND และเทคนิคอื่น ๆ เพื่อป้องกันความเสียหาย ESD)