资料收集：关于AVR作输入时发烫原因的理解

armok · 发表于 2004-12-16 23:35:59

［作者：lwtlwt 转贴自：21ICBBS ］

看了几个贴子，发现有好几个芯片作输入时发生芯片发烫的现象，我个人认为这是因为场效应管的闩锁效应（又称可控硅效应），当场效就管的输入端（栅极）电位比其供电还高时就会发生闩锁效应，这时场效应管会完全导通，电流急剧增大，使芯片发烫，这就是为什么很多以场效应管作输入时都要加钳位二极管保护的原因，由于场效应管的输入阻抗极大，人体感应及空间电磁感应都有可能使场效应管发生闩锁效应，AVR单片机的输入均为场效应管，如作为输入，一定要将上拉电阻打开，切不可悬空，如果输入线过长或切换时会产生电磁干扰，最好要加缓冲隔离，保证输入电平标准，必要时加入钳位二极管。

armok · 发表于 2004-12-17 08:31:49

有人同意楼上的这种观点吗？

我查了一下 datasheet (M8或M16), 它的IO的等效图为：

说明它已经有了钳位二极管。如果楼主位的理论成立，就不应会发热啊。

那位高人对此有解释？

lanmp · 发表于 2004-12-17 08:50:29

好像所有单片机都会发生，或者是所有cmos芯片吧。反正内部嵌位二极管是不怎么保险。

gxlujd · 发表于 2004-12-17 09:20:47

我是没有碰到过，只在运算密集的项目里出现芯片有少许温升的情况，但不至于发烫，估计电源超过5V很多时会出现这种情况。

HJJourAVR · 发表于 2004-12-17 18:42:32

教科书<数电>里面也说到"闩锁效应"。

不过CMOS集成里面一般都加了两个保护二极管，如74HC244就算VCC不供电，由某一输入管脚来供电(小电流)，也能工作，我没见过会出问题的。

如果输入端悬空，或接近1/2Vcc，那么集成的耗电会大增---CMOS集成内部门电路的上拉PMOS管和下拉NMOS管同时导通---Icc由<1uA增大至10~30mA。

有兴趣的可以做个实验：找个5V电源(最好有电流表)，一个74HC244,一个1K~100K的电位器，一个万用表。

把74HC244的使能端接地，8个输入端并联接到电位器的中心抽头，电位器两端接5V_VCC和地,把电位器的中心抽头的电压从0V慢慢调到1/2Vcc左右，然后再慢慢调到VCC.看看电流的变化。

AVR的I/O口做输入时，最好能使能内部上拉电阻或外加上(下)拉电阻。不然，就算进入掉电模式也不能省电，说不定还更耗电呢！

armok · 发表于 2004-12-17 19:16:14

如果输入端悬空，或接近1/2Vcc，那么集成的耗电会大增---CMOS集成内部门电路的上拉PMOS管和下拉NMOS管同时导通？

这段话在 datasheet 里也读过。 HJJourAVR能将等效电路图贴出来解释一下吗？谢谢。

HJJourAVR · 发表于 2004-12-17 20:14:31

在画，不过在Protel2004中画曲线图实在困难。

其实很多数字电路的书籍都说到的。

HJJourAVR · 发表于 2004-12-17 20:45:31

在图中可以看出，CMOS反相门的静态电流和输入电压的关系

Vi=0 NMOS的Vgs=0V,截止。PMOS的Vgs=-5V，饱和导通。Icc=Icc0<1uA

Vi=Vcc  NMOS的Vgs=5V，饱和导通。PMOS的Vgs=0V,截止。  Icc=Icc0<1uA

Vi=1/2Vcc时 Vgs=1/2Vcc>>Vth(开启电压)，PMOS和NMOS都同时导通,       Icc=Inmos=Ipmos=5~10mA>>1uA

同时，这个现象也说明了为什么数字电路的工作频率越高，功耗就越大了：

   单位时间内，两管同时导通的次数变多了，动态电流也变大了

详情点击此处打开<cmos.pdf>

zqj750207 · 发表于 2006-9-20 10:27:38

HJJourAVR:

jzyy · 发表于 2006-10-22 10:06:26

今日偶翻到此贴,说两句:

"当场效就管的输入端（栅极）电位比其供电还高时就会发生闩锁效应"



                           此话错.应改为:对于AVR MCU当输入端（栅极）电位比其供电还高时内部的钳位二极管就会导通.

                           注意:内部的钳位二极管导通不等于发生闩锁效应.

"当场效就管的输入端（栅极）电位比其供电还高时就会发生闩锁效应，这时场效应管会完全导通，电流急剧增大，使芯片发烫，这就是为什么很多以场效应管作输入时都要加钳位二极管保护的原因"

                           此话大错.加钳位二极管是保护栅极氧化层的,根本不是防止发生闩锁效应的.楼主lwtlwt即不了解发生闩锁效应的原因,也不了解内部的钳位二极管的作用,完全胡说一统.

"好像所有单片机都会发生，或者是所有cmos芯片吧"

                           对的,所有的cmos芯片都会发生闩锁效应.

"好像所有单片机都会发生，或者是所有cmos芯片吧。反正内部嵌位二极管是不怎么保险"

                           对内部嵌位二极管理解有问题.内部钳位二极管根本不是用来防止发生闩锁效应的不存在保不保险.

                           对于CMOS器件，不可避免地会出现寄生n-p-n-p通道.这就构成寄生的SCR（可控硅）.

在正常工作条件下，此SCR管保持在非导通状态，并不干涉电路的工作，但在反常瞬态条件下，（例如电源或信号电压尖峰，电离辐射产生的电荷引起的暂时偏压，或电源上升期间的瞬态电压），SCR有可能被触发进入导通状态，当触发去掉后，这个状态会维持下去，即电流继续通过，会导致电路故障或者烧毁称为闩锁效应.


-----此内容被jzyy于2006-10-22,10:08:55编辑过

jzyy · 发表于 2006-10-23 07:38:54

再说两句:

"当场效应管的输入端（栅极）电位比其供电还高时就会发生闩锁效应，这时场效应管会完全导通，电流急剧增大，使芯片发烫"

                                 此话大错.场效应管的输入端（栅极）电位不用比供电高只要比开启电压高就能导通,CMOS反相器中下面场效应管导通后上面场效应管是截止的哪来的"电流急剧增大，使芯片发烫".楼主lwtlwt连基本的CMOS反相器都不懂.

真是胡说八道.

"这时场效应管会完全导通，电流急剧增大，使芯片发烫"

                                 闩锁效应是寄生可控硅导通不是场效应管导通.

前言不对后语.

                                 网友可把此帖转到21ICBBS让他们见识一下OurAVR.com

wxyujz · 发表于 2006-10-23 11:27:17

4楼正解.

数字电路最忌输入端悬空,输入端电位非高非低时互补两管将会同时导通,这从芯片的原理框图中就能看出来.

ilymy · 发表于 2006-10-23 12:39:49

问个菜问题，如果输入管脚加了上拉，那么读pin的时候值是多少？是“1”吗？那如果有个外设的请求电平为高电平怎么办（平时高阻）？mcu会不会一直认为有外部请求呢？

jzyy · 发表于 2006-10-24 10:53:50

4楼说的不属于"闩锁效应"。

"如果输入端悬空，或接近1/2Vcc，那么集成的耗电会大增---CMOS集成内部门电路的上拉PMOS管和下拉NMOS管同时导通---Icc由<1uA增大至10~30mA。"

此电流称为"SHOOT-THROUGH CURRENT".不过AVR MCU的没10~30mA这么大,我明天上传一个测试结果,以资参考.

chunjiu · 发表于 2006-10-24 12:52:10

支持jzyy 金忠阳的说法，在很多书籍里面都提过这个警告。

大家看一下双极型IC输入的驱动原理示意图：如果电压处于VCC中间位置会导致电源经过两个晶体管短路，CMOS电路的工作原理差不了多少。所以数字电路的高低点平转换一定要快，就是边沿要整齐，斜坡拖的过长，会导致IC损坏。

IC的输出也是这个原理，数字电路产生的电源噪音也是这么来的，转换的再快，两个晶体管也有同时导通的瞬间，所以IC的电源端一定要加上瓷片0.1uF电容（或高速电容）来滤波。

jzyy · 发表于 2006-10-25 07:20:19

14楼没有看清楚,你说错了.

wxyujz · 发表于 2006-10-25 10:01:39

14楼的理解是对的.

在数字电路中,为了让输出电压摆幅尽可能接近零和VDD,电路并没有采用模似电路中常用的互补推挽结构(即射或源相连),而是用了如14楼所示这种“异形”结构来简化电路,利用管子固有的电气特性来有效搞高输入端的门限和增大输出端的摆幅,是一种利大于弊的选择.

jzyy · 发表于 2006-10-29 10:03:46

以下是闩锁效应的几个介绍帖,有兴趣的看一下.

http://www.chalayout.com/Article_Print.asp?ArticleID=433

http://www.hqew.com/info/newshtm/200568134240394389.htm

http://article.ednchina.com/2005-09/2005929073504.htm

http://www.chinajerry.cn/bbs/showthread.asp?threadID=120

Avrspeedup · 发表于 2007-4-10 16:05:02

我发现将m16的D端口设为输出DDRD＝0xff，芯片会很烫！

281638360 · 发表于 2010-7-27 16:12:02

从阿莫打的错别字可以知道，阿莫用五笔

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