合理的電源管理可避免CMOS芯片的閉鎖

如果在電源關(guān)閉的情況下將信號(hào)應(yīng)用于CMOS芯片的輸入，則重新接通電源時(shí)芯片可能會(huì)爆炸。這稱為閉鎖。同樣，如果將CMOS芯片的輸出拖動(dòng)到電源軌的上方或下方，則可以閉鎖該部件。閂鎖并不總是具有破壞性。有時(shí)部件會(huì)升溫，但是當(dāng)你移除所有電源和信號(hào)時(shí)，芯片就會(huì)在閉鎖情況下幸存下來。 CMOS IC是微控制器，運(yùn)算放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），邏輯還是模擬多路復(fù)用器并不重要。
當(dāng)您嘗試在設(shè)計(jì)的不同部分上電和下電以節(jié)省電量時(shí)，Latchup成為一個(gè)真正的問題。當(dāng)您將其他設(shè)備的電纜或輸入直接連接到芯片時(shí)，這也是一個(gè)問題。另一個(gè)常見問題是CMOS輸出連接到大容性負(fù)載時(shí)。當(dāng)您關(guān)閉電源時(shí)，該部件將進(jìn)入閉鎖狀態(tài)。只要你沒有重新打開電源一段時(shí)間就可以了，電容器中的能量會(huì)消失，CMOS部件也會(huì)失效。但是，如果有人快速循環(huán)電源，或者如果出現(xiàn)瞬間輟學(xué)或故障，那么該部件會(huì)打開蓋子。當(dāng)我聽說Atmel SAM L21微控制器在芯片內(nèi)部有五個(gè)獨(dú)立的電源域時(shí)，我開始考慮閉鎖問題。 SAM L21不是將時(shí)鐘扼殺到不需要的電路塊，而是關(guān)閉塊的電源。這很好，因?yàn)樗擞稍搲K引起的任何漏電流。 IC設(shè)計(jì)人員可以使用微小的快速廉價(jià)的晶體管，這些晶體管往往具有更高的泄漏，但這并不重要。當(dāng)你關(guān)閉電路塊時(shí)，邏輯門上的電壓為零，就沒有泄漏。
制造SAM L21的IC設(shè)計(jì)人員不得不遇到與我們系統(tǒng)人員一樣的閂鎖問題。我使用的技巧之一是將高值電阻與輸入到設(shè)備的輸入串聯(lián)起來（圖1a）。另一種方法是在輸入和輸出上使用肖特基二極管鉗位，因此它們永遠(yuǎn)不會(huì)超過導(dǎo)軌上方或下方的二極管壓降（0.6V）（圖1b）。

圖1為了防止CMOS芯片中的閉鎖，可以在輸入和輸出之間放置高阻值電阻（一個(gè)）。另一種解決方案是將肖特基二極管鉗位在導(dǎo)線中，以防止它們?cè)陂_關(guān)Vcc網(wǎng)（b）之上或之下超過0.3V。請(qǐng)注意，電源仍會(huì)通過輸入引腳和內(nèi)部ESD二極管流入開關(guān)芯片。

在原理圖上設(shè)置分立二極管夾是很好的，以提醒您已經(jīng)以ESD（靜電放電）二極管的形式將它們放在芯片內(nèi)部。我看到工程師們花了好幾個(gè)小時(shí)試圖弄清楚為什么昂貴的軍用電子產(chǎn)品盒不能正常工作。它有點(diǎn)工作，但沒有任何意義。問題是他們沒有打開電源盒。 CMOS電路由另一個(gè)盒子或測(cè)試設(shè)備的輸入供電（圖2）。

圖2大多數(shù)IC的輸入引腳上的電壓將流經(jīng)其ESD二極管結(jié)構(gòu)并為芯片自供電，更糟糕的是，任何連接到同一電源網(wǎng)的芯片。

不要笑，它發(fā)生在很多優(yōu)秀的工程師身上，你可能會(huì)成為下一個(gè)。由于CMOS電路需要的功率很小，輸入可以翻轉(zhuǎn)內(nèi)部ESD二極管，您不僅可以為芯片的Vcc線供電，Vcc線連接到所有其他芯片，它們也將上電。那么你就有可能鎖定第一個(gè)IC，而你首先并沒有真正省電。