單片機(jī)閂鎖發(fā)生的機(jī)理？

什么是“閂鎖效應(yīng)”？這對剛開始做單片機(jī)開發(fā)的新手來說有點(diǎn)陌生。單片機(jī)開發(fā)工程師解釋，從構(gòu)造上來看，單片機(jī)由大量的PN結(jié)組成。有一個(gè)由四重結(jié)構(gòu)“PNPN”組成的部分，其中連接了兩個(gè)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(jī)中的PNPN部分被稱為“寄生晶閘管”。

單片機(jī)開發(fā)工程師介紹，晶閘管由三個(gè)端子組成：陽極（正極），陰極（負(fù)極）和柵極（門）。通常，電流不從陽極流向陰極，但是當(dāng)信號輸入到柵極時(shí)，電流從陽極流向陰極。流。一旦電流開始流動(dòng)，除非電源關(guān)閉，否則它將繼續(xù)流動(dòng)。由于此時(shí)的導(dǎo)通電阻非常小，因此流過大電流。在單片機(jī)的寄生晶閘管中發(fā)生相同現(xiàn)象的現(xiàn)象稱為“閂鎖”。

當(dāng)單片機(jī)發(fā)生閂鎖時(shí)，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(jī)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(cuò)誤地啟動(dòng)電源或陡峭的高壓噪聲進(jìn)入引腳，則會發(fā)生閂鎖。圖1是單片機(jī)表面上的金屬布線的圖片，該金屬布線實(shí)際上已被閂鎖電流熔化。

圖1：閂鎖電流使單片機(jī)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(dāng)將正電勢施加到陽極而將負(fù)電勢施加到陰極時(shí)，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)

然而，當(dāng)將電壓施加到柵極并且電流流動(dòng)時(shí)，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(dāng)發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)，電流開始從陽極流向陰極。

一旦電流開始流動(dòng)，除非陽極電源關(guān)閉，否則它將繼續(xù)流動(dòng)。

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(rèn)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(jī)理？

圖3顯示了應(yīng)用于單片機(jī)CMOS中的兩個(gè)晶體管。

圖3：閂鎖發(fā)生的機(jī)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P(yáng)MOS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(jìn)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(dá)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(dòng)，特別是如果它向負(fù)側(cè)波動(dòng)，則柵極電壓將高于電源電壓，并且狀態(tài)將與噪聲進(jìn)入柵極時(shí)相同。如果在建立單片機(jī)的電源之前在端子上施加了電壓，則會發(fā)生此狀態(tài)。

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