CMOS电路中闩锁效应产生的原因、过程以及后果
閂鎖效應基本原理
1.閂鎖效應簡介:閂鎖效應就是指CMOS器件所固有的寄生雙極性晶體管(又稱寄生可控硅,簡稱SCR)被觸發導通,在電源與地之間形成低阻抗大電流通路,導致器件無法正常工作。甚至燒毀器件的現象。這種寄生雙極晶體管存在CMOS器件的各個部分,包括輸入端、輸出端、內部反相器等。
2.CMOS電路的阱結構最主要i的問題在于閂鎖效應,它是由寄生的PNPN雙端器件在 一定的條件下形成。閂鎖往往發生在芯片的某一局部區域,有兩種不同的情況:一種是發生在外圍與輸入/輸出有關的地方;
CMOS電路中的寄生雙極型晶體管部分出現閂鎖,必須滿足以下幾個條件;
(1)電路要能進行開關轉換,其相關的PNPN結構的回路增益必須大于1。
(2)必須存在一種偏置條件,使兩只雙極型晶體管導通的時間足夠長,以使通過阻塞結的電流能達到定義的開關轉換電流的水平。一般來說,雙極管的導通都是由流過一個或兩個發射結/基極旁路電阻的外部激發電流所引起的。
(3)偏置電源和有關的電路,必須能夠提供至少等于PNPN結構脫離阻塞態所需的開關轉換電流和必須能夠提供至少等于使其達到閂鎖態的保持電流。
閂鎖效應觸發方式
①輸入或輸出節點的上沖或下沖的觸發,使第一個雙極型晶體管導通,然后再使第二個雙極型晶體管導通。當流人寄生PNPN結構的總電流達到開關轉換電流時,閂鎖就發生。
②當流過阱一襯底結的雪崩電流、光電流及位移電流,同時通過兩個旁路電阻Rw、Rs時,旁路電阻較大的晶體管先導通。然而要使閂鎖發生,第二個雙極型晶體管必須導通。同時通過PNPN結構的總電流必須達到開關轉換電流。
③當出現穿通、場穿通時,低阻通路一-般發生在電源和地線之間,或者發生在電源和襯底發生器之間。在源一漏發生雪崩擊穿的情況下,低阻通路發生在電源和信號線之間,或者發生在信號線和襯底發生器之間。這些來源于穿通、場穿通或漏結雪崩的電流,一旦PNPN結構的電流達到用取消被激發晶體管旁路電阻形成的三極管結構計算的開關轉換電流時,至少會發生瞬時閂鎖,若總電流也能達到四極管結構開關轉換電流,即閂鎖將維持下去。
具體原理可以參考:https://wenku.baidu.com/view/184e45de26284b73f242336c1eb91a37f011325b.html
總結
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