Коварные ошибки

Плавающие входы КМОП-вентилей часто являются причиной таинственного поведения схемы, поскольку из-за шума потенциал неиспользуемого входа хао­тически изменяется и эти изменения сказываются в других местах схемы. Когда вы пытаетесь устранить эту проблему и касаетесь щупом осциллографа незаземленного входа, то дополнительной емкости щупа часто бывает достаточно, чтобы ослабить шум и ликвидировать проблему. Если не догадаться, что во всем виноват плавающий вход, то это может сильно сбивать с толку!

3.5.7. Броски тока и развязывающие конденсаторы

Когда сигнал на выходе КМОП-вентиля переключается между низким и высоким уровнями, ток течет от шины питания V_CC к земле через частично открытые р- и n-канальные транзисторы. Это явление, часто называемое из-за его непродол­жительности бросками тока (current spikes), может выглядеть как шум на шине питания КМОП-схем, особенно при одновременном переключении на многих выходах. По этой причине в системах, построенных на основе КМОП-схем, требуются развязывающие конденсаторы (decoupling capacitors), включаемые между ши­ной питания fcc и землей. Эти конденсаторы должны быть распределены по всей схеме, по крайней мере, по одному в пределах дюйма или у каждой микросхемы, чтобы служить источниками тока во время переходов. Фильтрующие конденса­торы (filtering capacitors) большой емкости, обычно находящиеся в самом блоке питания, не удовлетворяют этому требованию, потому что паразитная индуктив­ность проводов не позволяет току нарастать достаточно быстро, из-за чего возни­кает необходимость в физически распределенной системе развязывающих конден­саторов.

3.5.8. Как испортить кмоп-схему

Ударьте по ней кувалдой. Или просто пройдитесь по ковру, а затем коснитесь пальцем входного вывода. Поскольку входы КМОП-устройств имеют очень большое сопротивление, их можно разрушить электростатическим разрядом (electrostatic discharge, ESD).

Электростатический разряд наблюдается в том случае, когда при накопле­нии заряда на одной из поверхностей происходит пробой диэлектрика, разделя­ющего эти поверхности. В случае входа КМОП-схемы диэлектрик изолирует затвор транзистора от истока и стока. Электростатический разряд может нарушить эту изоляцию, вызывая короткое замыкание между входом и выходом схемы.

Для повышения устойчивости входных цепей к электростатическому разряду в современных КМОП-схемах принимаются различные меры, но полностью защи­тить схему нельзя. Поэтому для предохранения КМОП-схем от электростатическо­го разряда во время транспортировки изготовители обычно упаковывают их в ко­робки, трубки или вспененную массу из электропроводящих материалов. Чтобы предотвратить повреждение схем электростатическим разрядом при работе с распакованными КМОП-схемами, монтажники и техники обычно надевают на запяс­тье проводящий браслет, который соединен спиральным проводником с заземле­нием; это обеспечивает стекание статического заряда, который может накопиться на теле человека при его передвижении по производственному помещению или по лаборатории.

Как только КМОП-схема установлена в систему, появляется другой возмож­ный источник повреждения -защелкивание (latch-up). В реальной входной цепи почти любого КМОП-устройства между шиной питания fcc и землей образуются паразитные биполярные транзисторы, представляющие собой «кремниевые уп­равляемые диоды» (тиристоры). При нормальной работе устройства такой «пара­зитный тиристор» не оказывает никакого влияния. Однако в случае, когда входное напряжение оказывается ниже уровня земли или выше напряжения питания V_CC, тиристор может «запуститься», фактически закорачивая цепь между шиной пита­ния и землей. Если тиристор открыт, то единственным способом закрыть его явля­ется отключение питания. Прежде, чем у вас появится возможность отключить питание, может рассеяться мощность, достаточная для разрушения схемы (при этом может пойти дым).