ทำไมชิป Intel 8080 จะถูกทำลายหากมีการเชื่อมต่อ +12 V ก่อน -5 V

Intel 8080 เป็นไมโครโปรเซสเซอร์คลาสสิกที่เปิดตัวในปี 1974 ผลิตโดยใช้กระบวนการเพิ่มประสิทธิภาพโหมด NMOS และแสดงคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้เช่นความต้องการนาฬิกาสองเฟสและรางไฟสามระดับ: -5 V +5 V และ +12 V.

ในคำอธิบายของพินพาวเวอร์จาก Wikipedia นั้นกล่าว

Pin 2: GND (V _SS ) - กราวด์

Pin 11: −5 V (V _BB ) - แหล่งจ่ายไฟ −5 V ต้องเป็นแหล่งพลังงานแรกที่เชื่อมต่อและยกเลิกการเชื่อมต่อล่าสุดมิฉะนั้นโปรเซสเซอร์จะได้รับความเสียหาย

Pin 20: +5 V (V _CC ) - แหล่งจ่ายไฟ + 5 V

Pin 28: +12 V (V _DD ) - แหล่งจ่ายไฟ +12 V นี่จะต้องเป็นแหล่งพลังงานที่เชื่อมต่อล่าสุดและตัดการเชื่อมต่อครั้งแรก

ฉันอ้างอิงข้ามไปยังแผ่นข้อมูลดั้งเดิมแต่ข้อมูลนั้นขัดแย้งกันเล็กน้อย

ค่าสูงสุดแน่นอน :

V _CC (+5 V), V _DD (12 V) และวี_{เอสเอส} (GND) ที่เกี่ยวข้องกับวี_บีบี (-5 V): -0.3 V ถึง 20 โวลต์

แม้ว่า V _BBจะเป็น 0 V เมื่อไม่ได้เชื่อมต่อ V _DDจะเป็น +17 V และไม่ควรเกินค่าสูงสุดที่แน่นอน เป็นข้อเรียกร้องดั้งเดิมของ Wikipedia หรือว่าชิป Intel 8080 จะถูกทำลายหากมีการเชื่อมต่อ +12 V ก่อน -5 V ถูกต้อง?

ถ้ามันถูกต้องกลไกความล้มเหลวที่แน่นอนคืออะไรถ้าฉันทำสิ่งนี้? ทำไมชิปจะถูกทำลายหากมีการใช้ +12 V ก่อนโดยไม่มี -5 V ฉันสงสัยว่ามันต้องมีบางอย่างเกี่ยวกับกระบวนการปรับปรุงโหมด NMOS แต่ฉันไม่รู้ว่าสารกึ่งตัวนำทำงานอย่างไร

คุณช่วยอธิบายได้อย่างไรว่าการจ่ายไฟนั้นถูกนำไปใช้ภายใน Intel 8080 ได้อย่างไร? ปัญหาเกิดขึ้นกับชิปอื่น ๆ ในยุคเดียวกันที่สร้างขึ้นโดยใช้กระบวนการที่คล้ายกันหรือไม่?

นอกจากนี้หากฉันต้องการออกแบบแหล่งจ่ายไฟสำหรับ Intel 8080 สมมติว่าใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าสามตัวฉันจะป้องกันความเสียหายต่อชิปได้อย่างไรถ้า +12 V รางเพิ่มขึ้นก่อน -5 V?

ในกระบวนการที่ใช้สำหรับ 8080, +12 เป็นแรงดันหลักสำหรับตรรกะ, +5 จ่ายแรงดันไฟฟ้าสำหรับตรรกะของขา I / O (ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อให้เข้ากันได้กับ TTL ดังนั้น จำกัด เพียง 0 -> 5 โวลต์สัญญาณ) และ - 5 เชื่อมต่อกับวัสดุพิมพ์ แรงดันไฟฟ้าหลังประกันว่าอุปกรณ์ที่ใช้งานทั้งหมดใน IC ยังคงแยกได้โดยการรักษาอคติย้อนกลับบนทางแยก PN ที่แยกพวกมันออกจากสารตั้งต้นซิลิคอนทั่วไป

หากสัญญาณ I / O ใด ๆ ไปที่ "ด้านล่าง" แรงดันของสารตั้งต้นมันอาจทำให้เกิดการแยกทางแยกเข้าสู่สภาวะ latchup คล้าย SCR ซึ่งทำให้เกิดกระแสสูงอย่างต่อเนื่องซึ่งอาจทำลายอุปกรณ์ ลำดับการเปิดและปิดแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟทั้งสามนั้นมีจุดประสงค์เพื่อลดความเสี่ยงนี้

ดังที่คำตอบก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นอย่างถูกต้องนักออกแบบระบบฝึกวิ่งอย่างรวดเร็วและหลวมด้วยข้อกำหนดนี้ โดยพื้นฐานแล้วสิ่งที่สำคัญที่สุดคือการจ่ายพลังงานให้กับส่วนที่เหลือของระบบด้วยการจ่าย +5 เดียวกันกับที่ผลักซีพียูดังนั้นอย่างน้อยแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับพินอินพุตของ CPU จะไม่มากกว่าซีพียู "+5" หรือต่ำกว่าการจ่ายซีพียู "-5" และเพื่อให้มั่นใจว่าการจ่าย "+12" เท่ากับหรือมากกว่า "อุปทาน 5" ตลอดเวลาบางครั้งไดโอดพลังงาน schottky บางครั้งก็ถูกเชื่อมระหว่างแรงดันไฟฟ้า ความสัมพันธ์เช่นระหว่างปิดเครื่อง

โดยทั่วไปค่าตัวกรองอิเล็กโทรไลติกสำหรับอุปกรณ์สิ้นเปลืองทั้งสามถูกเลือกเช่น -5 และ +12 เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและ +5 ล่าช้าเล็กน้อย

การปรับแต่งกระบวนการ MOS อนุญาตให้ต่อมา IC ออกแบบให้ขับเคลื่อนเพียงอย่างเดียวโดย +5 และหากต้องการแรงดันสารตั้งต้นเชิงลบมันถูกสร้างขึ้นบนชิปโดยวงจรปั๊มประจุขนาดเล็ก (เช่น 2516 EPROM เทียบกับ 2508, 8085 cpu เทียบกับ 8080)

ฉันไม่มีคำตอบที่สมบูรณ์สำหรับคุณ แต่ 8080 เป็นหนึ่งในชิปแรกของ Intel ที่ใช้กระบวนการ NMOS แทนกระบวนการ PMOS ของชิป 4004, 4040 และ 8008 ใน NMOS สารตั้งต้นจะต้องเป็นจุดลบมากที่สุดในวงจรทั้งหมดเพื่อให้แน่ใจว่าแยกทางแยกขององค์ประกอบวงจรอื่น ๆ มีความลำเอียงแบบย้อนกลับอย่างถูกต้อง

ดังนั้นฉันจึงสงสัยว่าอุปทาน -5V เหนือสิ่งอื่นใดจะถูกผูกติดกับสารตั้งต้นโดยตรงและหากแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ ถูกจัดให้โดยไม่มีอคตินี้ปรากฏขึ้นมีเส้นทางการนำความร้อนทุกชนิดผ่านชิปซึ่งอาจนำไปสู่ เพื่อ latch-up และการทำลายตนเอง

ในการตอบคำถามสุดท้ายของคุณหากแหล่งจ่ายไฟของคุณไม่มีการจัดลำดับที่ถูกต้องโดยการออกแบบคุณต้องใช้ซีเควนเซอร์แยกต่างหาก - วงจรที่ต้องการแหล่งจ่ายไฟ -5V ก่อนที่จะอนุญาตให้แรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ เข้าถึงชิป

เพื่อสะท้อนความคิดเห็นในคำถามของคุณฉันไม่จำการดูแลเป็นพิเศษใด ๆ ในระบบที่ใช้ 8080 ของวันนั้น

อย่างไรก็ตามระบบดังกล่าวมักจะถูกสร้างขึ้นด้วยสี่แหล่งจ่ายไฟ - หรืออย่างแม่นยำมากขึ้นสองคู่ของแหล่งจ่ายไฟ: ± 5V และ± 12V (-12V จะถูกใช้ในการเชื่อมต่อแบบอนุกรมใด ๆ ) แต่ละขับเคลื่อนจากหม้อแปลงขดลวดและสะพาน rectifier . มันจะเป็นเรื่องธรรมดาสำหรับอุปกรณ์ 5V ที่จะมาก่อนหน้าอุปกรณ์สิ้นเปลือง 12V - และในสองตัวนั้น -5V จะเร็วกว่า + 5V ซึ่งโหลดน้อยกว่ามาก

ดังนั้น (ฉันคาดเดาอีกครั้ง) เครื่องจ่ายพลังงาน "เพิ่งทำงาน" ในแง่ของการเรียงลำดับหรืออันตรายไม่รุนแรงเท่าที่นักเขียนแผ่นข้อมูลที่คุณเชื่อ

ถ้าฉันต้องการออกแบบแหล่งจ่ายไฟสำหรับ Intel 8080 สมมติว่าใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าสามตัวฉันจะป้องกันความเสียหายต่อชิปได้อย่างไรถ้ามีราง + 12v 12v ขึ้นก่อน -5v

ด้วยความระมัดระวังเล็กน้อยคุณควรหลีกเลี่ยงสถานการณ์นั้นได้ CPU ดึงกระแสน้อยมากที่ -5V ดังนั้นด้วยตัวเก็บประจุตัวกรองขนาดใหญ่มันจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและช้าลง

+ 12V สามารถทำให้เพิ่มขึ้นช้าลงโดยมีแรงดันที่ไม่ได้ควบคุมซึ่งให้ 'headroom' น้อยลงและความจุที่ลดลงเมื่อเทียบกับการจับกระแสในปัจจุบันเพื่อให้มันลดลงเร็วขึ้น ตัวต้านทานการตกเลือดจะทำให้มั่นใจได้ว่าแรงดันไฟฟ้าจะลดลงเร็วพอแม้จะมีภาระน้อย

ฉันจำลองแหล่งจ่ายไฟในAltair 8800 แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดเพิ่มขึ้นอย่างมากพร้อม ๆ กันภายในสวิตช์เปิด 4ms เมื่อปิดสวิตช์อุปทาน + 12V ลดลงก่อนตามด้วยอุปทาน + 5V แล้วอุปทาน -5V

นี่คือรอบแรกไฟที่สวิตช์: -

และนี่คือการปิดหลังจาก 60 รอบไฟ: -

วงจร -5V ของ Altair มีลักษณะดังนี้: -

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

การรวมกันของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ไม่มีการควบคุมสูง (เทียบกับ 5V) ความจุของตัวกรองขนาดใหญ่และการโหลดแสงทำให้เวลาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและเวลาการตกที่ช้า

แหล่งจ่ายไฟ + 12V ของ Altair มีวงจรคล้ายกัน แต่ 12V นั้นมีค่าไม่น้อยกว่า 16V ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าจะลดลงต่ำกว่า 12V เร็วขึ้น (เช่นกันเนื่องจากแรงดึงกระแสที่สูงขึ้นจากแหล่งจ่าย + 12V