鉗位二極管是單行道

對(duì)于二極管的單向?qū)ㄌ匦?，我們最熟悉的?yīng)用就要屬二極管整流了，還有一種鉗位電路，也是利用它的這一特性。所謂的鉗位，就是將信號(hào)強(qiáng)行鉗制到某一電位上，抬高或降低信號(hào)的基準(zhǔn)電位，但不改變?cè)盘?hào)的波形，這就是鉗位了.

“當(dāng) V CC = 0 V時(shí)，我是否允許有輸入信號(hào)?”

“如果輸入或輸出電壓低于 GND 會(huì)發(fā)生什么?”

客戶經(jīng)常問這些問題——而且有充分的理由。許多標(biāo)準(zhǔn)邏輯數(shù)據(jù)表沒有明確指定輸入高于 V CC或低于接地 (GND) 的條件。在這些邊緣電壓下，器件本身在數(shù)據(jù)表中幾乎沒有(如果有的話)性能特征。

大多數(shù) TI 器件最重要的特性之一是具有靜電放電 (ESD) 保護(hù)功能。事實(shí)上，在某些器件中，ESD 保護(hù)電路占據(jù)了芯片上的大部分空間。通常，ESD 電路包括一個(gè)二極管，當(dāng)輸入電壓接近不安全水平時(shí)，該二極管將過電流引導(dǎo)至 GND(通過反向擊穿)或 V CC (通過正向偏置)。目的是防止內(nèi)部電路出現(xiàn)損壞情況。

但是，ESD 二極管可能會(huì)產(chǎn)生一些意想不到的影響。例如，如果有一個(gè)輸入二極管從輸入端連接到 V CC ，則 V CC = 0 時(shí)的輸入電壓將導(dǎo)致電流通過器件流向 V CC引腳。同樣，當(dāng)輸入達(dá)到低于 GND 的某個(gè)電平時(shí)，從 GND 到輸入的二極管將導(dǎo)致電流從 GND 流向輸入。

那么我們?nèi)绾沃垒斎攵O管何時(shí)存在，以及如何防止負(fù)面影響?

絕對(duì)最大額定值表(表 1)包含答案。

表 1：樣本絕對(duì)最大額定值表

在這個(gè)模擬開關(guān)上，我們可以看到 I/O 引腳上的電壓不允許高于 V CC或低于 -0.5V。因此，我們可以得出結(jié)論，在器件的每個(gè) I/O 端口上都有一個(gè)二極管到 V CC和一個(gè)從 GND 的二極管。

圖 1：器件的 ESD 二極管結(jié)構(gòu)，Absolute Max Table 與表 1 類似

表 2 提供了另一個(gè)示例，其中絕對(duì)最大評(píng)級(jí)的結(jié)構(gòu)略有不同。

表 2：具有不同輸入與輸出限制的示例絕對(duì)最大額定值表

我們可以在這里看到二極管從 GND 到輸入和輸出都存在，到 V CC的 ESD 二極管存在于輸出。當(dāng)器件處于高電平或低電平狀態(tài)時(shí)，存在通過 V CC二極管傳導(dǎo)電流的風(fēng)險(xiǎn)。該器件具有稱為高阻抗?fàn)顟B(tài)的特殊功能，可防止電流通過二極管回流。它還具有當(dāng) V CC = 0 時(shí)的保護(hù)電路，稱為 I OFF。

然而，從 V CC + 0.5V 聲明中，我們知道有一個(gè)二極管從輸出連接到 VCC，并且有保護(hù)電路來防止某些配置中的問題。

圖 2：具有類似于表 2 的絕對(duì)最大額定值的器件的 ESD 二極管結(jié)構(gòu)

但是有什么限制呢?規(guī)范 IIK 和 IOK 描述了通過 ESD 二極管流入器件(正值)和流出器件(負(fù)值)的電流限制。考慮第一種情況(表 3)，我們有兩個(gè) GND 二極管。

表 3：絕對(duì)最大額定值中鉗位電流的樣本額定值

GND 二極管中的電流限制在 50mA。對(duì)于 V CC二極管的第二種情況，“輸出鉗位電流”將有一個(gè) +/- 符號(hào)，表示電流可以雙向流動(dòng)(流入 V CC二極管或流出 GND 二極管)。

最好避免 ESD 二極管可能開啟的情況。大多數(shù)數(shù)據(jù)表都指定了輸入和輸出電壓規(guī)則的例外情況——因此，如果我們使用輸入或輸出上的串聯(lián)電阻器限制二極管鉗位電流，我們的設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)將大大降低。