慢CMOS输入的特征

[复制链接]
513|1
手机看帖
扫描二维码
随时随地手机跟帖
甘木|  楼主 | 2022-2-27 10:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
CMOS器件的输入信号上升时间或下降时间统称为输入转换时间,输入转换时间过长也称为慢CMOS输入。如果输入信号上升时间过长,超过器件手册允许的最大输入转换时间,则有可能在器件内部引起大的电流浪涌,造成器件损坏或引起器件输出电平翻转(输入原本为0,输出为1;或者相反情况)。
1.慢CMOS输入或浮空CMOS输入的特征
CMOS和BiCMOS系列器件都有一个CMOS输入结构。该结构是一个反相器(包括连接VCC的一个p沟道晶体管和连接GND的一个n沟道晶体管),如图1所示。
152629ekfhfff0tf00xncr.jpg
备注:图1中的ABT器件采用BiCMOS技术,Q1是双极晶体管,Qp和Qn是CMOS管子,ABT器件的输入为CMOS反相器(又叫倒相器、非门(NOT gate,非电路)和逻辑否定电路);关于CMOS反相器,参见文档《CMOS功耗和Cpd计算》。
当输入为低电平,p沟道晶体管导通,n沟道晶体管截止,电流从VCC流出,节点被拉高;当输入为高电平,p沟道晶体管截止,n沟道晶体管导通,电流流入GND,节点被拉低。在两种情况下,没有电流从VCC流到GND。然而,当从一个状态转换到另一个状态时,输入穿过阈值区域,使得n沟道晶体管和p沟道晶体管同时导通,在VCC与GND之间形成电流路径。该电流浪涌可能是破坏性的,它取决于输入在阈值区域(0.8~2V)的时间长度。每个输入的供电电流(ICC)能够升到几mA,ICC在输入(VI)约为1.5V时最大,见图2。
152629gmbbbp14ho34212q.jpg
备注:当输入穿过阈值区域,在VCC与GND之间的电流路径也叫直通电流,直通电流会造成器件的瞬态功耗,详情参见文档《CMOS功耗和Cpd计算》。从图2中看出,当输入电压在阈值区域内(0.8~2V)时,供电电流存在浪涌。
当开关状态在数据手册指定的输入转换时间限值内时,电流浪涌不是问题。对于具体器件,在数据手册的推荐工作条件表中指定输入转换时间限值,例子如图3所示。
152629dtvnrbqqai0eeqiv.jpg
2.慢输入沿率
随着速度增加,逻辑器件已经对慢输入沿率更敏感。慢输入沿率与噪声(当输出开关时,在电源上产生)一起能够引起大量输出错误或振荡。如果没有用到的输入管脚悬空或者未保持在一个有效的逻辑电平值,类似现象也能够发生。
这些功能问题是由在器件电源系统引起的电压瞬态造成的,在开关过程中,当输出负载电流(IO)流过寄生引线电感时产生电压瞬态,见图4。
152629sl0z0hd5zr9hs9g5.jpg
因为器件的内部电源节点用作整个集成电路的电压参考,感应电压尖峰VGND影响出现在内部门结构的信号方式【指VI′=VI-VGND】。例如,当器件地节点的电压升高时,输入信号VI′看起来在幅度上减小。如果发生阈值违背(指输入信号原本为高电平,由于VI′小于器件输入端高电平的阈值VIH,造成输出错判为低电平;反之亦成立),这种不期望现象随后能够错误地改变输出。
对于一个慢的输入上升沿,如果在GND的电压变化足够大【VGND】,器件的相对输入信号VI′看起来被驱动返回穿过输入阈值区(0.8~2V),输出开始从相反方向开关(指0变成1,1变成0)。如果最坏情况(所有输出同时开关,造成瞬态负载电流较大)频繁发生(参见图2和图3),慢输入沿被重复地驱动返回穿过阈值区,引起输出振荡。因此,不应该违背器件的最大输入转换时间,也就不会造成对电路或外部封装的损坏。

使用特权

评论回复

相关帖子

甘木|  楼主 | 2022-2-27 10:36 | 显示全部楼层
CMOS和BiCMOS系列器件都有一个CMOS输入结构。该结构是一个反相器(包括连接VCC的一个p沟道晶体管和连接GND的一个n沟道晶体管)

使用特权

评论回复
发新帖 我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则