CMOS的维护电路

输入维护电路

当器件(jian)加(jia)有过大的电(dian)压或(huo)电(dian)流时，器件(jian)会遭到损伤而导致性能劣(lie)化，严重时会被(bei)击穿。这时芯片上(shang)(shang)的布线或(huo)器件(jian)的分离(li)局部将会被(bei)毁坏，或(huo)者(zhe)与上(shang)(shang)下(xia)／左右相(xiang)邻(lin)的布线或(huo)器件(jian)短(duan)路(lu)(lu)，以至(zhi)于(yu)信号线开(kai)路(lu)(lu)或(huo)短(duan)路(lu)(lu)。

CMOS器(qi)件的(de)输入连接(jie)在n沟(gou)(gou)晶体(ti)(ti)管(guan)或者(zhe)p沟(gou)(gou)晶体(ti)(ti)管(guan)的(de)栅(zha)极上。图10. 29示(shi)出MOS晶体(ti)(ti)管(guan)的(de)剖面(mian)，栅(zha)区有一层十分薄的(de)绝(jue)缘氧化(hua)膜（Si02）。Si02膜具有109V/m(103 V/μm)的(de)绝(jue)缘强度。不过由于CMOS器(qi)件的(de)栅(zha)氧化(hua)膜厚度在0.1μm以下，十分薄，一切几十伏(fu)至几百伏(fu)的(de)电压就会惹起绝(jue)缘击(ji)穿。

人(ren)身体产生的(de)(de)静电会高达(da)几(ji)千伏至几(ji)万(wan)伏，冬天用手(shou)触摸CMOS器(qi)(qi)件时，很容易损坏器(qi)(qi)件。为了免受静电对(dui)栅(zha)氧(yang)化膜形成损伤，在CMOS器(qi)(qi)件的(de)(de)输入(ru)局部(bu)都配置有维护(hu)电路(lu)。

图(tu)10. 30示出典(dian)型(xing)的(de)输入维(wei)护(hu)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)。在原来的(de)等效电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)中的(de)输入信号线上附(fu)加二极管，起到维(wei)护(hu)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)作用。当输入端由于(yu)静(jing)电(dian)(dian)(dian)(dian)等缘由加有(you)过大(da)的(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)压／电(dian)(dian)(dian)(dian)流时，它能够使正(zheng)电(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)沿(yan)电(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)线，负电(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)沿(yan)GND线逃逸(yi)。

mos管

图10. 30(a)的维护电路设置有扩散电阻，关于二极管短时间内吸收不了的能量，它起到延迟电路的作用，延缓这些能量向栅极传送。它的弊端是在高速CMOSIC中会招致信号传输时间的滞后。

图10. 30(b)的维(wei)护(hu)电(dian)路运用(yong)了等(deng)效构成(cheng)二(er)极管(guan)(guan)的MOS晶体管(guan)(guan)。用(yong)这个电(dian)路，能够使MOS晶体管(guan)(guan)ON时电(dian)荷(he)经过(guo)沟道逃逸。依(yi)照普(pu)通(tong)的二(er)极管(guan)(guan)方式(shi)，作为维(wei)护(hu)电(dian)路有良好的响应性(xing)，不过(guo)从(cong)芯片(pian)面积以及(ji)幅员(yuan)设计角度看(kan)，有不利影响。

输出的维护

图10. 31示比CMOS IC的输出局部。输出n沟晶体管／p沟晶体管的漏极相互衔接构成输出端。在漏极局部各自构成寄生的pn二极管／np二极管。由于这些二极管，能够维护输出局部的过大电压。另外，在某些情况下也能使输出晶体管内身瞬态ON，免受异常电荷的损害。
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电源／GND浮动时的维护

当CMOS器件没有装置在印制电路板上，而是处于单个焊接状态时，假如呈现异常的外加电压，该如何处置呢？VDD或GND会有浮动的状况，怎样维护呢？图10.32示出CMOS器件的最小电路构造反相器电路以及输入维护电路的例子。
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CMOS IC由于插入输入维护电路，一切的端子都用二极管与电源VDD或者GND衔接。当输入端与VDD GND之间有异常电压时，如图10. 33所示，必然形成正向或者反向流入二极管的电流通道，维护内部电路。这就是说，假如二极管的反向耐压比MOS晶体管的栅氧化膜的绝缘击穿电压低，那么关于装置前的异常电压就具有维护电路的作用。
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