干货|正确认识CMOS静电和过压问题

CMOS静(jing)电(dian)和(he)(he)过压问题，对于模拟CMOS（互补(bu)对称金属氧化物(wu)半(ban)导体）而言，两大主要危害是静(jing)电(dian)和(he)(he)过压（信(xin)号电(dian)压超过电(dian)源电(dian)压）。了解这两大危害，用户便可以有效应对。

CMOS静电和过压问题-静电

由静(jing)电荷积累（V=q/C=1kV/nC/pF）而形成的(de)静(jing)电电压带来的(de)危(wei)害(hai)(hai)可能击穿栅极(ji)与衬底之间(jian)起绝缘作用(yong)的(de)氧化(hua)物(wu)(或氮化(hua)物(wu))薄层。这项(xiang)危(wei)害(hai)(hai)在正(zheng)常(chang)工作的(de)电路中是(shi)很(hen)小(xiao)的(de)，因为栅极(ji)受(shou)片(pian)内齐纳二极(ji)管保护(hu)，它可使(shi)电荷损耗至安全水(shui)平(ping)。

然而，在插(cha)人插(cha)座(zuo)时，CMOS器件与插(cha)座(zuo)之间可能存在大(da)量静电荷。如果插(cha)人插(cha)座(zuo)的第一个引脚恰巧(qiao)没有连接齐纳二极管保护电路(lu)，栅极上(shang)的电荷会穿过氧化层释放(fang)而损坏器件。

以下四步有助于防止器件在系统装配阶段受损：

将(jiang)未使用(yong)的CMOS器(qi)件存(cun)放于(yu)黑色导(dao)电泡沫材(cai)料中，这样(yang)在运(yun)输时(shi)可以(yi)防止(zhi)引脚之间(jian)积累电荷(he)；

负责器件接插的操作人员应通(tong)过一(yi)个(ge)塑料(liao)接地带与(yu)系统电(dian)源(yuan)地相连(lian)；

从防护性的泡沫材料中取(qu)出CMOS器件前，泡沫材料应与电源共地，释(shi)放掉(diao)积累的电荷；

在电路(lu)插(cha)人电路(lu)板之后，移动电路(lu)板时应保持(chi)电路(lu)板接地或(huo)屏(ping)蔽。

（一）SCR闩锁

在使用(yong)模拟(ni)CMOS电(dian)(dian)(dian)路时，最安全的(de)(de)做法是(shi)(shi)确(que)保没有超过电(dian)(dian)(dian)源电(dian)(dian)(dian)压(ya)的(de)(de)模拟(ni)或(huo)数字电(dian)(dian)(dian)压(ya)施(shi)加(jia)到(dao)器件上，并且(qie)电(dian)(dian)(dian)源电(dian)(dian)(dian)压(ya)在额定范围(wei)内。尽管(guan)如(ru)此(ci)，实施(shi)承受过压(ya)保护也是(shi)(shi)有必要的(de)(de)。如(ru)果理解(jie)了问(wen)题(ti)的(de)(de)机制，保护措施(shi)在大多数情况下都(dou)会是(shi)(shi)行之有效的(de)(de)。

图1是一(yi)个(ge)典型CMOS输出(chu)开关单元(yuan)的(de)电(dian)路图及截面(mian)图。从不同单元(yuan)和区(qu)域之间的(de)连接关系中(zhong)，我们可以画出(chu)一(yi)个(ge)等效二极(ji)管电(dian)路图(图2)。如果在S端(duan)或(huo)D端(duan)的(de)模拟输人电(dian)压(ya)超过(guo)电(dian)源电(dian)压(ya)。

由不同二极(ji)管结(jie)产生的(de)寄生晶体管就会处于正(zheng)向偏(pian)置(zhi)模式。这些寄生的(de)NPN和PNP晶体管形成如(ru)图3所示的(de)SCR(可控硅整流(liu)器)电路。

过压(ya)能(neng)引起过大(da)的电流(liu)和金属化问(wen)题(ti)。通(tong)常，运算(suan)放(fang)大(da)器的输(shu)出(chu)作为(wei)S端或(huo)D端的电压(ya)源(yuan)，因此(ci)电流(liu)不能(neng)大(da)于运算(suan)放(fang)大(da)器直流(liu)输(shu)出(chu)电流(liu)的限值(zhi)。然(ran)而，瞬态感应(ying)电流(liu)仍(reng)有可能(neng)破坏(huai)CMOS器件；因此(ci)，有必(bi)要进行保护。

图4举例说(shuo)明了(le)通过(guo)在电(dian)(dian)源(yuan)供电(dian)(dian)引(yin)脚串联二极(ji)管(guan)(guan)(比如1N459)防(fang)止寄生晶体管(guan)(guan)导通的方法。如果S端或D端电(dian)(dian)压高(gao)于电(dian)(dian)源(yuan)电(dian)(dian)压时，CR1和/或CR2反(fan)向偏置，基极(ji)驱(qu)动电(dian)(dian)路不(bu)能(neng)使晶体管(guan)(guan)导通。每个(ge)(ge)CMOS器件都应(ying)该(gai)有一对(dui)独(du)立(li)的二极(ji)管(guan)(guan)对(dui)其(qi)进行(xing)保护。尽管(guan)(guan)这个(ge)(ge)方法很有效，但它不(bu)是万(wan)无一失(shi)的。如果开关(guan)的一端连接到(dao)一个(ge)(ge)负电(dian)(dian)位(例如一个(ge)(ge)充(chong)电(dian)(dian)电(dian)(dian)容)，并且(qie)另一端电(dian)(dian)压超过(guo)VDD，则尽管(guan)(guan)有保护二极(ji)管(guan)(guan)。

在Q2的(de)一个发射极(ji)的(de)雪(xue)崩(beng)二极(ji)管(guan)足够(gou)提供基(ji)极(ji)驱动使(shi)Q2导(dao)通。对于(yu)这(zhei)种(zhong)情况，必须要(yao)有一个与电(dian)容串联的(de)限流电(dian)源或者(zhe)电(dian)阻。

如果在S端(duan)或D端(duan)有瞬时过压，那么由电(dian)(dian)压源供电(dian)(dian)的端(duan)口处的串(chuan)联电(dian)(dian)阻的建议(yi)值(zhi)为300至400Ω(图4b)。

联系(xi)方式：邹(zou)先生(sheng)

联系电(dian)话(hua)：0755-83888366-8022

手(shou)机：18123972950

QQ：2880195519

联系地(di)址：深圳(zhen)市福田区车(che)公庙天(tian)安数码城天(tian)吉大厦CD座5C1

请搜微信公(gong)众(zhong)号(hao):“KIA半(ban)导(dao)体”或扫一扫下图“关注”官方微信公(gong)众(zhong)号(hao)

请“关注(zhu)”官方微信公(gong)众号:提供(gong) MOS管 技术帮助(zhu)