放大電路/嵌入式

基礎(chǔ)知識(shí)

1、e:發(fā)射極国葬、b:基極贤徒、c:集電極。

2汇四、單片機(jī)一般采用5V 或3.3V供電接奈,其I/O口高電平為5V 或3.3V,如今使用3.3V供電的單片機(jī)較多通孽,所以其I/O口高電平也只有3.3V序宦。

3、一般輸入信號(hào)最終會(huì)以開(kāi)關(guān)形式輸入到單片機(jī)中背苦,以工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看互捌,開(kāi)關(guān)輸入的控制指令有效狀態(tài)采用低電平比采用高電平效果要好得多潘明。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)時(shí),發(fā)出的指令信號(hào)為低電平秕噪,而平時(shí)不按下開(kāi)關(guān)時(shí)钳降,輸出到單片機(jī)上的電平則為高電平,該方式具有較強(qiáng)的耐噪聲能力巢价。

4、在滿足功能的前提下固阁,提高單片機(jī)輸入端可靠性最簡(jiǎn)單的方案是:在輸入端與地之間并聯(lián)一只電容來(lái)吸收干擾脈沖壤躲,或串聯(lián)一只金屬薄膜電阻來(lái)限制流入端口的峰值電流

5备燃、單片機(jī)輸出端口受驅(qū)動(dòng)能力的限制碉克,一般情況下均需專(zhuān)用的接口芯片。其輸出雖因控制對(duì)象的不同而千差萬(wàn)別并齐,但一般情況下均滿足對(duì)輸出電壓漏麦、電流、開(kāi)關(guān)頻率况褪、波形上升下降速率和隔離抗干擾的要求撕贞。

6、輸出電路:?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出端-功率端的電路實(shí)現(xiàn)方法测垛。

7捏膨、脈沖變壓器是典型的電磁隔離元件,單片機(jī)輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換成一種頻率很高的載波信號(hào)食侮,經(jīng)脈沖變壓器耦合到輸出級(jí)号涯。

8、鉗位二極管(Clamp):二極管有一個(gè)特性:正向?qū)ǚ聪蚪刂咕馄撸曳雌妷豪^續(xù)增加會(huì)發(fā)生雪崩擊穿而導(dǎo)通链快,我們稱(chēng)之為鉗位二極管(Clamp)。

9眉尸、PN結(jié)的擊穿分兩種域蜗,分別是電擊穿和熱擊穿,電擊穿指的是雪崩擊穿(低濃度)和齊納擊穿(高濃度)噪猾,而電擊穿主要是載流子碰撞電離產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)(electron-hole)地消,所以是可恢復(fù)的。但是熱擊穿是不可恢復(fù)的畏妖,因?yàn)闊崃烤奂瘜?dǎo)致硅(Si)被熔融燒毀脉执。

10、ESD通常都是在芯片輸入端的Pad旁邊戒劫,不能在芯片里面半夷,因?yàn)榉旁诶锩鏁?huì)有延遲婆廊。

11、SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的電子研究實(shí)驗(yàn)室于1975年開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種功能非常強(qiáng)大的通用模擬電路仿真器巫橄。最初主要被用來(lái)驗(yàn)證集成電路中的電路設(shè)計(jì)淘邻,以及預(yù)測(cè)電路的性能。現(xiàn)在SPICE模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)中湘换,可對(duì)電路進(jìn)行非線性直流分析宾舅、非線性瞬態(tài)分析和線性交流分析。被分析的電路中的元件可包括電阻彩倚、電容筹我、電感、互感帆离、獨(dú)立電壓源蔬蕊、獨(dú)立電流源、各種線性受控源哥谷、傳輸線以及有源半導(dǎo)體器件岸夯。SPICE內(nèi)建半導(dǎo)體器件模型,用戶(hù)只需選定模型級(jí)別并給出合適的參數(shù)们妥,利用SPICE模型能夠精確計(jì)算出系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等各種工作特性猜扮,所以也可以用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的信號(hào)完整性分析。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/612099662

12监婶、制程是指特定的半導(dǎo)體制造工藝及其設(shè)計(jì)規(guī)則破镰。不同的制程意味著不同的電路特性。通常压储,制程節(jié)點(diǎn)越小意味著晶體管越小鲜漩、速度越快、能耗表現(xiàn)越好集惋。

13孕似、NMOS通常都能看到比較好的Snap-back特性,但是實(shí)際上PMOS很難有snap-back特性刮刑,而且PMOS耐ESD的特性普遍比NMOS好喉祭,這個(gè)道理同HCI效應(yīng),主要是因?yàn)镹MOS擊穿時(shí)候產(chǎn)生的是電子雷绢,遷移率很大泛烙,所以Isub很大容易使得Bulk/Source正向?qū)ǎ荘MOS就很難翘紊。

14蔽氨、Trigger(觸發(fā))電壓: Trigger電壓是snap-back的第一個(gè)拐點(diǎn)(Knee-point),寄生BJT的擊穿電壓,而且要介于BVCEO與BVCBO之間鹉究。

15宇立、Hold電壓:要維持持續(xù) ON,但是又不能進(jìn)入柵鎖 (Latch-up)狀態(tài)自赔,否則就進(jìn)入二次擊穿(熱擊穿)而損壞了妈嘹。

16、光耦優(yōu)點(diǎn):體積小绍妨、壽命長(zhǎng)润脸、無(wú)觸點(diǎn)、響應(yīng)速度快他去、抗干擾能力強(qiáng)毙驯、輸入和輸出之間絕緣、信號(hào)單向傳輸孤页、易和邏輯電路配合尔苦。

17涩馆、MOS是場(chǎng)效應(yīng)管行施,CMOS是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。

18魂那、常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)電路:三極管驅(qū)動(dòng)蛾号、MOS管驅(qū)動(dòng)。


一涯雅、三極管和MOS管的區(qū)別

驅(qū)動(dòng)區(qū)別:

三極管是電流驅(qū)動(dòng)(基極驅(qū)動(dòng)電壓一般高于0.3-0.6V左右即可驅(qū)動(dòng))鲜结,而MOS管是電壓驅(qū)動(dòng)(驅(qū)動(dòng)電壓必須高于Ugs最小值,一般為3-5V左右)活逆,而達(dá)到飽和時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓需6-10V精刷。

優(yōu)缺點(diǎn):較低的電壓就可以驅(qū)動(dòng)三極管,而MOS管驅(qū)動(dòng)電壓較高蔗候,單片機(jī)I/O口的電壓不足以驅(qū)動(dòng)MOS管(也有一些較小功率的MOS管怒允,最低驅(qū)動(dòng)電壓為2.5 V 左右)。

二锈遥、常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)電路方式

1纫事、NPN三極管/ PNP三極管

優(yōu)點(diǎn):?jiǎn)纹瑱C(jī)I/O口電壓足夠驅(qū)動(dòng)三極管。

缺點(diǎn):需要負(fù)載:如限流電阻(可提高三極管關(guān)斷速度)所灸、下拉電阻(防止三極管損壞)丽惶、通斷速率有限。

2爬立、MOS管電壓驅(qū)動(dòng)

問(wèn)題一(可解決):MOS管需要的驅(qū)動(dòng)電壓較大钾唬,而單片機(jī)I/O口電壓較小,不足以驅(qū)動(dòng)MOS管。

解決方法:存在一種小功率的MOS管知纷,最低驅(qū)動(dòng)電壓為2.5 V 左右壤圃。

問(wèn)題二(可解決):但是此時(shí)MOS管處于半導(dǎo)通狀態(tài),內(nèi)阻很大琅轧,只夠驅(qū)動(dòng)小電流負(fù)載伍绳。

解決方法:該電路中不涉及負(fù)載,所以沒(méi)有影響乍桂。

問(wèn)題三(可解決):MOS管達(dá)到飽和狀態(tài)所需 驅(qū)動(dòng)電壓一般為6V-10V左右冲杀,3.3V的電壓不足以直接驅(qū)動(dòng)MOS管使其飽和。

解決方法:在I/O口的輸出端用三極管或光耦過(guò)渡一下睹酌。

原理:


當(dāng)單片機(jī)I/O口為高電平時(shí)权谁,NPN 三極管Q5導(dǎo)通,直接將N-MOS管控制極G 極拉低憋沿,MOS管截止旺芽,負(fù)載不工作;當(dāng)單片機(jī)I/O口為低電平時(shí)辐啄,NPN三極管Q5截止采章,電阻R12 和R13 將24V電源分壓得G極電壓為:24V*20K/(10K+20K)=8V,MOS管導(dǎo)通并達(dá)到飽和狀態(tài)壶辜,負(fù)載工作悯舟。

驅(qū)動(dòng)事例:PNP三極管s8550驅(qū)動(dòng)繼電器、驅(qū)動(dòng)12V和24V繼電器砸民、N溝道MOS管驅(qū)動(dòng)加熱片抵怎。

https://blog.csdn.net/weixin_50183638/article/details/116587357

綜上,在三極管和MOS管中岭参,選擇MOS管驅(qū)動(dòng)電路較好反惕,原因1:市面上存在小功率的MOS管,即I/O口驅(qū)動(dòng)問(wèn)題可以解決演侯;原因2:電路中不涉及負(fù)載姿染;原因3:在I/O口的輸出端用三極管或光耦過(guò)渡一下,則可使其飽和蚌本。但是由于傳輸線路過(guò)長(zhǎng)盔粹,可能存在信號(hào)失真的問(wèn)題。

不使用三極管的原因:雖然單片機(jī)I/O口可以直接驅(qū)動(dòng)三極管程癌,但是存在關(guān)斷速度慢的問(wèn)題舷嗡,而且需要加負(fù)載電阻。

三嵌莉、信號(hào)失真問(wèn)題解決方法/電路設(shè)計(jì)

信號(hào)為什么會(huì)失真进萄?因?yàn)閭鬏斁嚯x過(guò)長(zhǎng),易受外界干擾。

1中鼠、輸入電路設(shè)計(jì):

方法一:提高開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)可婶,在單片機(jī)入口處將高電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL信號(hào)。


方法二:提高輸入信號(hào)電平援雇。

缺點(diǎn):電路繁雜矛渴。

(1)雙向保護(hù)電路

①作用/優(yōu)點(diǎn):防止外界尖峰干擾和靜電影響損壞輸入引腳。

②具體做法:在輸入端增加防脈沖的二極管惫搏。


③原理:二極管D1具温、D2、D3的正向?qū)▔航礥F≈0.7 V筐赔,反向擊穿電壓UBR≈30 V铣猩,無(wú)論輸入端出現(xiàn)何種極性的破壞電壓,保護(hù)電路都能把該電壓的幅度限制在輸入端所能承受的范圍之內(nèi)茴丰。即:VI~VCC出現(xiàn)正脈沖時(shí)达皿,D1正向?qū)ǎ籚I~VCC出現(xiàn)負(fù)脈沖時(shí)贿肩,D2反向擊穿峦椰;VI與地之間出現(xiàn)正脈沖時(shí),D3反向擊穿尸曼;VI與地之間出現(xiàn)負(fù)脈沖時(shí)们何,D3正向?qū)ㄌ呀梗O管起鉗位保護(hù)作用控轿。緩沖電阻RS約為1.5~2.5 kΩ,與輸入電容C構(gòu)成積分電路拂封,對(duì)外界感應(yīng)電壓延遲一段時(shí)間茬射。若干擾電壓的存在時(shí)間小于τ,則輸入端承受的有效電壓將遠(yuǎn)低于其幅度冒签;若時(shí)間較長(zhǎng)在抛,則D1導(dǎo)通,電流在RS上形成一定的壓降萧恕,從而減小輸入電壓值刚梭。

(2)光耦隔離電路


原理:R為輸入限流電阻,使光耦中的發(fā)光二極管電流限制在10~20 mA票唆。輸入端靠光信號(hào)耦合朴读,在電氣上做到了完全隔離。同時(shí)走趋,發(fā)光二極管的正向阻抗值較低衅金,而外界干擾源的內(nèi)阻一般較高,根據(jù)分壓原理,干擾源能饋送到輸入端的干擾噪聲很小氮唯,不會(huì)產(chǎn)生地線干擾或其他串?dāng)_鉴吹,增強(qiáng)了電路的抗干擾能力。

優(yōu)點(diǎn):抗干擾能力強(qiáng)惩琉。

結(jié)論:輸入電路設(shè)計(jì)選擇雙向保護(hù)/光耦隔離電路豆励。

2、輸出電路設(shè)計(jì):

(1)直接耦合


5個(gè)電阻2個(gè)三級(jí)管

由T1和T2組成耦合電路來(lái)推動(dòng)T3瞒渠。T1導(dǎo)通時(shí)肆糕,在R3、R4的串聯(lián)電路中產(chǎn)生電流在孝,在R3上的分壓大于T2晶體管的基射結(jié)壓降诚啃,促使T2導(dǎo)通,T2提供了功率管T3的基極電流私沮,使T3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)始赎。當(dāng)T1輸入為低電平時(shí),T1截止仔燕,R3上壓降為零造垛,T2截止,最終T3截止晰搀。R5的作用在于:一方面作為T(mén)2集電極的一個(gè)負(fù)載五辽,另一方面T2截止時(shí),T3基極所儲(chǔ)存的電荷可以通過(guò)電阻R3迅速釋放外恕,加快T3的截止速度杆逗,有利于減小損耗。

缺點(diǎn):電路繁雜鳞疲。

(2)TTL/CMOS器件耦合

①直接輸出

原理:集電極開(kāi)路器件通過(guò)集電極負(fù)載電阻R1接至+15 V電源罪郊,提升了驅(qū)動(dòng)電壓。

缺點(diǎn):開(kāi)關(guān)速度低尚洽,若用其直接驅(qū)動(dòng)功率管悔橄,則當(dāng)后續(xù)電路具有電感性負(fù)載時(shí),由于功率管的相位關(guān)系腺毫,會(huì)影響波形上升時(shí)間癣疟,造成功率管動(dòng)態(tài)損耗增大。

②快速開(kāi)通輸出

改進(jìn)點(diǎn):只提高開(kāi)關(guān)速度潮酒。

原理:當(dāng)TTL輸出高電平時(shí)睛挚,輸出點(diǎn)通過(guò)晶體管T1獲得電壓和電流,充電能力提高澈灼,從而加快開(kāi)通速度竞川,同時(shí)也降低了集電極開(kāi)路TTL器件上的功耗店溢。

③推免式電路

1個(gè)電阻2個(gè)三級(jí)管

改進(jìn)點(diǎn):提高開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)的速度。

原理:輸出晶體管T1是作為射極跟隨器工作的委乌,不會(huì)出現(xiàn)飽和床牧,因而不影響輸出開(kāi)關(guān)頻率。

綜上遭贸,如果輸出電路設(shè)計(jì)選擇TTL/CMOS器件耦合方式戈咳,那么選擇推免式電路。

(3)脈沖變壓器耦合

優(yōu)點(diǎn):

①變壓器可以直接與功率管等強(qiáng)電元件耦合壕吹;

②相對(duì)靈活著蛙,因?yàn)樽儔浩骺赏ㄟ^(guò)調(diào)整電感量、原副邊匝數(shù)等來(lái)適應(yīng)不同推動(dòng)功率的要求耳贬;

③變壓器副線圈輸出信號(hào)可以跟隨功率元件的電壓而浮動(dòng)踏堡,不受其電源大小的影響。


原理:這種電路必須有一個(gè)脈沖源咒劲,脈沖源的頻率是載波頻率顷蟆,應(yīng)至少比單片機(jī)輸出頻率高10倍以上。脈沖源的輸出脈沖送入控制門(mén)G腐魂,單片機(jī)輸出信號(hào)由另一端輸入G門(mén)帐偎。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí),G門(mén)打開(kāi)蛔屹,輸出脈沖進(jìn)入變壓器削樊,變壓器的副線圈輸出與原邊相同頻率的脈沖,通過(guò)二極管D1兔毒、D2檢波后經(jīng)濾波還原成開(kāi)關(guān)信號(hào)漫贞,送入功率管。當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)眼刃,G門(mén)關(guān)閉绕辖,脈沖源不能通過(guò)G門(mén)進(jìn)入變壓器摇肌,變壓器無(wú)輸出擂红。當(dāng)單片機(jī)輸出較高頻率的脈沖信號(hào)時(shí),可以不采用脈沖源和G門(mén)围小,對(duì)變壓器原副邊電路作適當(dāng)調(diào)整即可昵骤。

(4)光電耦合

優(yōu)點(diǎn):可以傳輸線性信號(hào),也可以傳輸開(kāi)關(guān)信號(hào)肯适。

缺點(diǎn):響應(yīng)速度慢使開(kāi)關(guān)延遲時(shí)間加長(zhǎng)变秦。

原理:?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出控制信號(hào)經(jīng)緩沖器7407放大后送入光耦。R2為光耦輸出晶體管的負(fù)載電阻框舔,它的選取應(yīng)保證:①在光耦導(dǎo)通時(shí)蹦玫,其輸出晶體管可靠飽和赎婚;②在光耦截止時(shí),T1可靠飽和樱溉。

綜上挣输,輸出電路設(shè)計(jì)選擇推免式TTL/CMOS器件耦合方式電路

以上內(nèi)容來(lái)源:

https://blog.csdn.net/u010783226/article/details/120658993?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522168602856716800226541534%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fall.%2522%257D&request_id=168602856716800226541534&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~first_rank_ecpm_v1~rank_v31_ecpm-5-120658993-null-null.142^v88^control_2,239^v2^insert_chatgpt&utm_term=IO%E5%85%89%E7%94%B5%E9%9A%94%E7%A6%BB&spm=1018.2226.3001.4187

四福贞、ESD(Elctrostatic Discharge)靜電放電保護(hù)電路

1撩嚼、靜電危害

通常瞬間電壓非常高(大于幾千伏),所以這種損傷是毀滅性和永久性的挖帘,會(huì)造成電路的直接燒毀完丽。

2、靜電保護(hù)原理

利用鉗位二極管反向截止特性讓旁路在正常工作時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)拇舀,當(dāng)外界有靜電時(shí)逻族,旁路二極管發(fā)生雪崩擊穿,從而形成旁路通路保護(hù)了內(nèi)部電路或者柵極骄崩。

3瓷耙、靜電保護(hù)具體做法

需要在導(dǎo)通的瞬間控制電流,一般為保護(hù)二極管會(huì)再串聯(lián)一個(gè)高電阻刁赖。

4搁痛、ESD的標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)靜電的產(chǎn)生方式以及對(duì)電路的損傷模式不同通常分為四種測(cè)試方式:人體放電模式(HBM:

Human-Body Model)、機(jī)器放電模式(Machine Model)宇弛、元件充電模式(CDM: Charge-Device Model)鸡典、電場(chǎng)感應(yīng)模式(FIM:

Field-Induced Model),但是業(yè)界通常使用前兩種模式來(lái)測(cè)試(HBM, MM)枪芒。

(1)人體放電模式(HBM):人體摩擦產(chǎn)生了電荷突然碰到芯片釋放的電荷導(dǎo)致芯片燒毀擊穿彻况。業(yè)界對(duì)HBM的ESD標(biāo)準(zhǔn)也有跡可循(MIL-STD-883C

method 3015.7,等效人體電容為100pF舅踪,等效人體電阻為1.5Kohm)纽甘,或者國(guó)際電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(EIA/JESD22-A114-A)也有規(guī)定。如果是MIL-STD-883C method 3015.7抽碌,它規(guī)定小于<2kV的則為Class-1悍赢,在2kV~4kV的為class-2,4kV~16kV的為class-3货徙。

(2)機(jī)器放電模式(MM):機(jī)器(如robot)移動(dòng)產(chǎn)生的靜電觸碰芯片時(shí)由pin腳釋放左权,次標(biāo)準(zhǔn)為EIAJ-IC-121 method 20(或者標(biāo)準(zhǔn)EIA/JESD22-A115-A),等效機(jī)器電阻為0 (因?yàn)榻饘?痴颊,電容依舊為100pF赏迟。由于機(jī)器是金屬且電阻為0,所以放電時(shí)間很短蠢棱,幾乎是ms或者us之間锌杀。但是更重要的問(wèn)題是甩栈,由于等效電阻為0,所以電流很大糕再,所以即使是200V的MM放電也比2kV的HBM放電的危害大谤职。而且機(jī)器本身由于有很多導(dǎo)線互相會(huì)產(chǎn)生耦合作用,所以電流會(huì)隨時(shí)間變化而干擾變化亿鲜。

5允蜈、ESD測(cè)試方法

類(lèi)似FAB里面的GOI測(cè)試類(lèi)似,指定pin之后先給他一個(gè)ESD電壓蒿柳,持續(xù)一段時(shí)間后饶套,然后再回來(lái)測(cè)試電性看看是否損壞,沒(méi)問(wèn)題再去加一個(gè)step的ESD電壓再持續(xù)一段時(shí)間垒探,再測(cè)電性妓蛮,如此反復(fù)直至擊穿,此時(shí)的擊穿電壓為ESD擊穿的臨界電壓(ESD failure threshold Voltage)圾叼。通常給電路打三次電壓(3 zaps)蛤克,為了降低測(cè)試周期,通常起始電壓用標(biāo)準(zhǔn)電壓的70% ESD

threshold夷蚊,每個(gè)step可以根據(jù)需要自己調(diào)整50V或者100V构挤。

另外,因?yàn)槊總€(gè)chip的pin腳很多惕鼓,所以需要分為幾種組合:I/O-pin測(cè)試(Input and Output pins)筋现、pin-to-pin測(cè)試、Vdd-Vss測(cè)試(輸入端到輸出端)箱歧、Analog-pin矾飞。

(1)I/O pins:就是分別對(duì)input-pin和output-pin做ESD測(cè)試,而且電荷有正負(fù)之分呀邢,所以有四種組合:input+正電荷洒沦、input+負(fù)電荷、output+正電荷价淌、output+負(fù)電荷申眼。測(cè)試input時(shí)候,則output和其他pin全部浮接(floating)输钩,反之亦然豺型。


(2)pin-to-pin測(cè)試:靜電放電發(fā)生在pin-to-pin之間形成回路,但是如果要每每?jī)蓚€(gè)腳測(cè)試买乃,組合太多,因?yàn)槿魏蔚腎/O給電壓之后如果要對(duì)整個(gè)電路產(chǎn)生影響一定是先經(jīng)過(guò)VDD/Vss才能對(duì)整個(gè)電路供電钓辆,所以改良版則用某一I/O-pin加正或負(fù)的ESD電壓剪验,其他所有I/O一起接地肴焊,但是輸入和輸出同時(shí)浮接(Floating)。


(3)Vdd-Vss之間靜電放電:只需要把Vdd和Vss接起來(lái)功戚,所有的I/O全部浮接(floating)娶眷,這樣給靜電讓他穿過(guò)Vdd與Vss之間。


(4)Analog-pin放電測(cè)試:因?yàn)槟M電路很多差分比對(duì)(Differential Pair)或者運(yùn)算放大器(OP AMP)都是有兩個(gè)輸入端的啸臀,防止一個(gè)損壞導(dǎo)致差分比對(duì)或運(yùn)算失效届宠,所以需要單獨(dú)做ESD測(cè)試,當(dāng)然就是只針對(duì)這兩個(gè)pin乘粒,其他pin全部浮接(floating)豌注。

6、制程上的ESD——測(cè)試部分

靜電放電保護(hù)可以從FAB端的Process解決灯萍,也可以從IC設(shè)計(jì)端的Layout來(lái)設(shè)計(jì)轧铁。

制程上的ESD:要么改變PN結(jié),要么改變PN結(jié)的負(fù)載電阻旦棉,而改變PN結(jié)只能靠ESD_IMP了齿风,而改變與PN結(jié)的負(fù)載電阻,就是用non-silicide或者串聯(lián)電阻的方法绑洛。

(1)Source/Drain的ESD implant:因?yàn)長(zhǎng)DD結(jié)構(gòu)在gate poly兩邊很容易形成兩個(gè)淺結(jié)救斑,而這個(gè)淺結(jié)的尖角電場(chǎng)比較集中,而且因?yàn)槭菧\結(jié)真屯,所以它與Gate比較近系谐,所以受Gate的末端電場(chǎng)影響比較大,所以這樣的LDD尖角在耐ESD放電的能力是比較差的(<1kV)讨跟,所以如果這樣的Device用在I/O端口纪他,很容造成ESD損傷。

根據(jù)這個(gè)理論晾匠,所以需要一個(gè)單獨(dú)沒(méi)有LDD的器件茶袒,但是需要另外一道ESD implant,打一個(gè)比較深的N+_S/D凉馆,這樣就可以讓那個(gè)尖角變圓而且離表面很遠(yuǎn)薪寓。優(yōu)點(diǎn):明顯提高ESD擊穿能力(>4kV)。

缺點(diǎn):額外的MOS的Gate就必須很長(zhǎng)澜共,因?yàn)橐乐勾┩?punchthrough)向叉,而且因?yàn)槠骷l(fā)生變化,所以需要單獨(dú)提取器件的SPICE Model嗦董。

(2)接觸孔(contact)的ESD implant

在LDD器件的N+漏極的孔下面打一個(gè)P+的硼母谎,而且深度要超過(guò)N+漏極(drain)的深度,這樣就可以讓原來(lái)Drain的擊穿電壓降低(8V-->6V)京革,所以可以在LDD尖角發(fā)生擊穿之前先從Drain擊穿導(dǎo)走從而保護(hù)Drain和Gate的擊穿奇唤。

優(yōu)點(diǎn):器件尺寸保持不變幸斥,且MOS結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變,故不需要重新提取SPICE model咬扇。缺點(diǎn):只適用于non-silicide制程甲葬。

(3)SAB (SAlicide Block)

一般為了降低MOS的互連電容,會(huì)使用silicide/SAlicide制程懈贺,但是器件如果工作在輸出端经窖,器件的負(fù)載電阻會(huì)變低,外界ESD電壓將會(huì)全部加載在LDD和Gate結(jié)構(gòu)之間很容易擊穿損傷梭灿,所以在輸出級(jí)的MOS的Silicide/Salicide通常會(huì)用SAB(SAlicide Block)光罩擋住RPO画侣,不要形成silicide,增加一個(gè)photo layer胎源。

優(yōu)點(diǎn):ESD電壓可以從1kV提高到4kV棉钧。

缺點(diǎn):成本高。

(4)串聯(lián)電阻法:原理類(lèi)似第三種(SAB)增加電阻法涕蚤,串聯(lián)一個(gè)電阻(比如Rs_NW宪卿,或者HiR,等)万栅,這樣也達(dá)到了SAB的方法佑钾。

優(yōu)點(diǎn):成本低。


7烦粒、設(shè)計(jì)上的ESD——實(shí)操部分

(1)原理:以NMOS為例休溶,原理都是Gate關(guān)閉狀態(tài),Source/Bulk的PN結(jié)本來(lái)是短接0偏扰她,當(dāng)I/O端有大電壓時(shí)兽掰,則Drain/Bulk PN結(jié)雪崩擊穿,瞬間bulk有大電流與襯底電阻形成壓差導(dǎo)致Bulk/Source的PN正偏徒役,所以這個(gè)MOS的寄生橫向NPN管進(jìn)入放大區(qū)(發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏)孽尽,所以呈現(xiàn)Snap-Back特性,起到保護(hù)作用忧勿。PMOS同理推導(dǎo)杉女。

(2)具體做法:一般都是把Gate/Source/Bulk短接在一起,把Drain結(jié)在I/O端承受ESD的浪涌(surge)電壓鸳吸,NMOS稱(chēng)之為GGNMOS (Gate-Grounded NMOS)熏挎,PMOS稱(chēng)之為GDPMOS (Gate-to-Drain PMOS)。

(3)問(wèn)題一:怎么觸發(fā)BJT晌砾?

必須有足夠大的襯底電流坎拐,現(xiàn)在普遍采用的多指交叉并聯(lián)結(jié)構(gòu)(multi-finger)。

缺點(diǎn):基區(qū)寬度增加,放大系數(shù)減小廉白,Snap-back不容易開(kāi)啟个初。而且隨著finger數(shù)量增多乖寒,會(huì)導(dǎo)致每個(gè)finger之間的均勻開(kāi)啟變得很困難猴蹂。

解決方法:

①利用SAB(SAlicide-Block)在I/O的Drain上形成一個(gè)高阻的non-Silicide區(qū)域,使得漏極方塊電阻增大楣嘁,而使得ESD電流分布更均勻磅轻,從而提高泄放能力褥琐。

②增加一道P-ESD (Inner-Pickup imp踏枣,類(lèi)似上面的接觸孔P+ ESD imp),在N+Drain下面打一個(gè)P+皮官,降低Drain的雪崩擊穿電壓叭爱。

8撮躁、常見(jiàn)是ESD設(shè)計(jì)方法

(1)電阻分壓

(2)二極管

(3)MOS管

(4)寄生BJT

(5)SCR(PNPN structure)


以上內(nèi)容來(lái)源:

https://m.sohu.com/a/125038455_468626/?pvid=000115_3w_a

綜上,該驅(qū)動(dòng)電路選擇MOS管驅(qū)動(dòng)买雾,在I/O口的輸出端用三極管/光耦過(guò)渡一下把曼。輸入電路設(shè)計(jì)選擇:雙向保護(hù)電路。輸出電路設(shè)計(jì)選擇:推免式TTL/CMOS器件耦合方式電路漓穿。無(wú)需要加靜電保護(hù)電路嗤军。


REALSENSE產(chǎn)品

多攝像頭配置- D400系列立體攝像頭

1、介紹

多深度傳感器實(shí)時(shí)捕捉晃危。首先叙赚,將深度傳感器向內(nèi)配置,允許同時(shí)捕獲物體的正面和背面僚饭,從而可以實(shí)時(shí)捕獲物體的整個(gè)表面體積震叮;然后將深度傳感器向外配置,創(chuàng)建一個(gè)具有更寬視場(chǎng)(FOV)的深度傳感器系統(tǒng)鳍鸵,可用于捕獲向前和向后的深度苇瓣。

特點(diǎn):當(dāng)深度傳感器在視場(chǎng)重疊時(shí),它們不會(huì)受到任何顯著的干擾权纤,并且它們都可以在相同的時(shí)間和幀速率下進(jìn)行硬件同步捕獲钓简。

所以,這種復(fù)合FOV配置適用于自主機(jī)器人汹想、無(wú)人機(jī)和車(chē)輛外邓,以及需要持續(xù)分析廣泛周?chē)鷧^(qū)域的安全系統(tǒng)。

2古掏、相機(jī)連接

多個(gè)攝像頭可以連接到一臺(tái)PC上损话,并將能夠傳輸獨(dú)立的數(shù)據(jù)。然而,如果需要硬件同步它們丧枪,以便它們以完全相同的時(shí)間和速率捕獲光涂,則需要通過(guò)同步電纜連接攝像機(jī),并且需要在軟件中配置具有單個(gè)主(或外部生成的同步信號(hào))和多個(gè)從拧烦。連接器端口可以在攝像機(jī)上找到忘闻,并且需要組裝電纜。在最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中恋博,基本上只有兩條電纜需要從主設(shè)備連接到從設(shè)備齐佳。


適用范圍:相機(jī)之間的距離相對(duì)較小,約小于3米债沮,推薦使用屏蔽雙絞線進(jìn)行無(wú)源互連炼吴。

注:電阻器和電容器必須靠近連接器

對(duì)于更長(zhǎng)的連接,有源電路可以保證信號(hào)的完整性和ESD保護(hù)疫衩。其中一個(gè)例子是使用RS-485/RS-422收發(fā)器硅蹦,如下所示。

該電路采用RJ-45以太網(wǎng)跳線傳輸兩個(gè)模塊之間的同步信號(hào)闷煤。J3跳線童芹,使一個(gè)相機(jī)是主(發(fā)射器)另一個(gè)從(接收器)。與被動(dòng)解決方案類(lèi)似曹傀,多個(gè)從機(jī)可以在多點(diǎn)或星型配置中連接到一個(gè)主機(jī)辐脖。插拔線段可以使用RJ-45模塊化分配器連接。

值得注意的是皆愉,如果不采取適當(dāng)?shù)拇胧┦燃郏^察到ESD/EMI事件(例如:靜電)可能導(dǎo)致幀計(jì)數(shù)器復(fù)位,即使流將繼續(xù)幕庐。對(duì)于深度同步久锥,這個(gè)計(jì)數(shù)器復(fù)位可以忽略不計(jì)。然而异剥,在某些情況下瑟由,第三個(gè)彩色成像儀(RGB相機(jī))被觀察到在這些ESD事件中凍結(jié)。在相同的條件下冤寿,D435被觀察到對(duì)這個(gè)問(wèn)題比D415更健壯歹苦。

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