CMOS的输入端保护电路，感觉上端二极管和VCC完全没必要要啊

登录 · 发表于 2013-3-9 23:42

这是CMOS输入端的保护电路，个人感觉上面的二极管（红圈圈着的）和VCC根本可以不要啊！分析如下：

⑴VCC为什么可以不要？
答：VCC通过一个反向二极管连于输入端，那这个VCC还有什么用？说上拉也不是上拉，因为二极管反向相当于断路了，那有个毛用。

⑵上面的二极管（红圈圈着的）和VCC为什么可以不要？
答：假设二极管的击穿电压是8V，并且击穿后稳压在8V，VCC=5V

①当输入电压大于0V小于8V时，此时两个二极管都不会被击穿，所以此种情况下没什么分析的必要。

②当输入电压超过8V时，上端的二极管从正向端到负端有个3V的正向偏置，所以上面那个二极管导通，但此时这个上端二极管导通丝毫作用也不起，原因是如果不考虑下端的二极管，那么管子的输入端仍然是超过8V的电压。若考虑下端的二极管，此时管子两端电压超过8V，所以击穿，二极将输入端电压维持在8V，继续增大电压，输入端仍然为8V，这样就起到了降压的作用。所以分析的结论是：此种情况下上端二极管及VCC完全没有起到一点降压的作用。

③当输入电压小于0V时，因为下端二极管两端有个正的电压差，所以不管是负的多少电压，下端二极管都会导通，且此时输入端的电位就为0或-0.7V（二极管的正向导通压降）。再看上端二极管，当输入电压值大于-3V小于0V时，此时二极管击穿不了。当输入电压值大于-3V时，上端二极管会承受5V-(-3V)=8V的电压值，因为是大于3V，所以这个电压差是大于8V的，此时上端二极管被反向击穿，但由于下端二极管的导通作用，输入端的电压仍然为0V或-0.7V。所以我们可以看出，在此种情况下，上端二极管及VCC仍然没起任何保护作用。

那既然如些，那要上端的二极管和VCC到底起什么作用呢？小弟完全不能理解，求高手作答。

发表于 2013-3-10 06:04

本帖最后由 youss 于 2013-3-10 06:08 编辑

③当输入电压小于0V时，因为下端二极管两端有个正的电压差，所以不管是负的多少电压，下端二极管都会导通，且此时输入端的电位就为0或-0.7V（二极管的正向导通压降）。
下端二极管可导通,上端的也会导通(箝位在5+0.7v)呵! 还有二极管反向怎么就是8v呢?

发表于 2013-3-10 13:40

如果输入端出现意外，有个瞬间的高电压咋办？既然是保护电路，当然需要要考虑这些意外……

发表于 2013-3-10 14:09

大神们，我是假设二极管反向稳压8V，是假设，不是真的哈

发表于 2013-3-10 14:12

refee 发表于 2013-3-10 13:40
如果输入端出现意外，有个瞬间的高电压咋办？既然是保护电路，当然需要要考虑这些意外…… ...

有个瞬间的正的高电压，那么上管导通，下管被击穿，下管发挥稳压的作用使输入端的电压维稳在8V（假设是8V哈），此时上管也完全没有作用。如果是瞬间负的高电压，那么就同我上面分析的第③点，此时上端的二极管也没起什么作用呢。

发表于 2013-3-10 14:17

youss 发表于 2013-3-10 06:04
③当输入电压小于0V时，因为下端二极管两端有个正的电压差，所以不管是负的多少电压，下端二极管都会导通， ...

我是假设的8V，在第③点的情况下，上端的二极管是被击穿，此时管子输入端的电压不就等于输入电压吗（管子的输入端与输入是直连的啊）？但是若考虑下端二极管的导通，那么电位就会被拉到-0.7V，所以可见，上端的二极管和VCC还是不起作用的。

发表于 2013-3-10 14:21

你觉得普通二极管反向击穿电压为8V合理么？况且不是8V的稳压二极管的话，怎么击穿后还能稳在8V呢？

发表于 2013-3-10 14:32

refee 发表于 2013-3-10 14:21
你觉得普通二极管反向击穿电压为8V合理么？况且不是8V的稳压二极管的话，怎么击穿后还能稳在8V呢？ ...

好吧，那咱们就不假设为8V可以了吧，那一般的二极管反向击穿后电压降为零吧？

发表于 2013-3-10 14:51

毫无意义的争论
首先常见的数字IC 如4000系列等电压范围是3-18V，排除了保护二极管8V击穿的可能，要不然可以作电源稳压器了。
由于电源电压的不确定性就注定了保护电压是未知的，采用这种电路可以讲电压钳位到供电电源范围
以尽量保证芯片不被击穿，最大化减少闩锁现象的发生和破坏

发表于 2013-3-10 14:54

mcu5i51 发表于 2013-3-10 14:51
毫无意义的争论
首先常见的数字IC 如4000系列等电压范围是3-18V，排除了保护二极管8V击穿的可能，要不然可 ...

保护原理是怎样的呢？个人感觉上端的二极管和VCC完全没有作用啊。感觉只需要下端的二极管就可以了啊。

发表于 2013-3-10 15:08

击穿保护就不说了；
闩锁保护就是保证输入电压不会高于工作电源电压，一旦超过电源电压一定值，就会形成PNPN结构，从而导致VDD，VSS短路，轻则电路停止工作，重则烧毁电路中的元件（应该是IC本身或电源电路）

发表于 2013-3-10 15:10

mcu5i51 发表于 2013-3-10 15:08
击穿保护就不说了；
闩锁保护就是保证输入电压不会高于工作电源电压，一旦超过电源电压一定值，就会形成PNP ...

前辈，你还是没正面回答我的问题啊。你就解释下这个电路是怎样保护的嘛？好吗！先谢过了！

发表于 2013-3-10 15:21

输入电压大于VCC电压+0.7V时，上端的二极管导通，电压限制在VCC+0.7V，输入小于GND的电压时，下端的二极管导通，电压限制在GND-0.7V

发表于 2013-3-10 15:22

这两个二极管起一个钳位作用，上面的那个导通电压怎么会是8V？应该是VCC+0.7V，当超过这个电压时上面的二极管导通，还有一个你怎么看出来这两个是稳压二极管而不是普通二极管？如果假设这两个二极管的反向击穿电压时100V，输入电压20V，你很快就能分析出上面的那个二极管的作用

发表于 2013-3-10 15:25

LZ的那个8V不知道从哪冒出来的，一般的带有这种二极管防护的电路输入接100V都没有问题，前提是输入要做限流。

发表于 2013-3-10 18:30

zcw9911 发表于 2013-3-10 15:25
LZ的那个8V不知道从哪冒出来的，一般的带有这种二极管防护的电路输入接100V都没有问题，前提是输入要做限流 ...

我假设的，你们都没看到吗？也可以假设成2V，3V，说了这么多，可是这位前辈，你还是没说原理啊。

发表于 2013-3-10 18:40

个人觉得还是需要的两个管子分别工作与正向和反响特殊情况这个管子不多余

发表于 2013-3-10 18:50

cjhk 发表于 2013-3-10 18:40
个人觉得还是需要的两个管子分别工作与正向和反响特殊情况这个管子不多余 ...

正向反向我都分析了，可是也没见上面那个管子有何作用。

发表于 2013-3-10 18:57

ESD放电通道不仅仅是对地的，还有对电源的，因为没有绝对的地线。。。芯片遭遇的静电有可能是正尖峰也有可能是负尖峰。。。

发表于 2013-3-10 18:59

CMOS的输入端保护电路，感觉上端二极管和VCC完全没必要要啊

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