其实钳位二极管一般应用于于集成电路中,可以保护器件免受esd的损坏。微控制器、数字信号控制器和处理器的引脚内部一般会集成esd钳位二极管。需要注意的是并非所有的ic引脚内部都会集成钳位二极管,有些低成本的ic控制器有时内部没有,所以我们需要详细查考具体的ic规格书中的引脚内部电路图。下图就是ic内部集成的esd钳位二极管的电路拓扑图。
工作原理
正常工作时,假设管脚1的电压大约在0-3.3v之间,假设高电平为3.3v,那么d1将会反偏而不导通。另一方面,d2也是不导通的,因为d2的阴极连接到vcc并且其阳极的电平等于vcc。当引脚1的电压为零时,d2反向偏置,d1无偏置也不导通。
当esd引起高压尖峰时,这些二极管会导通。例如,尖峰非常高并远大于vcc电压,d2将被正向偏置,尖峰电压将被转移到 vcc,引脚电压被钳位到了vcc+vd2,从而保护ic的内部组件。当有一个非常高的负尖峰时,d1 将导通,并将尖峰电压转移到gnd,引脚电压被钳位到了-vd1。
事实上并非ic的所有引脚中都会集成钳位二极管这样做的成本太高了。一般有几个特殊的引脚会集成,以下是需要钳位二极管保护的最常见引脚:
1. 软件烧录引脚
通常ic的软件烧录引脚是暴露在外的,特别是一些产品需要在现场调试,那么这些引脚上遭受esd损坏可能性很高。所以在这些引脚上会包含钳位二极管。
2. 复位引脚
我们不希望我们设计的电路在没有任何理由的情况下重新启动。当复位引脚上发生 esd时,我们的产品可能会重启动或永久损坏。特别是在浪涌等抗扰测试期间,复位引脚也可能会受到干扰,所以内部一般集成钳位二极管。
3. 用于测量线路电压的 ic 引脚
这些 ic 引脚一般是ic内部用于输入电压发生过压或者欠压保护的引脚,在浪涌测试期间,这些引脚可能会出现更高的电压尖峰,这些尖峰本质上类似于 esd,所以也需要做防护处理。
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