簡單說--注意,真的是用簡單的方式說明喔:
IC製作的基材是半導體,意思就是IC內部基板由是由n與p材質互相構成(電晶體的NPN(PNP)中的N與P材質),所以到處都是NP接面--就是二極體,NP與下一個N或P就形成NPN,PNP--電晶體。
你要NP--二極體不導通,P這邊一定要"永遠保證"電壓不能高於N這邊一個電壓值--也就是二極體的順向導通電壓值,也就是一般我們說的"二極體的導通電壓是0.6v",此時P這邊高於N這邊0.6v,就形成導通狀態--漏電甚至..,但此電壓與IC製作的方式有關,不一定是0.6v。
因此我們要求P這邊一定要"永遠保證"電壓不能高於N這邊一個電壓值,就是為了製造二極體的反偏狀態,來形成絕緣不導通的目的。
因此:IC內部是利用反偏壓來製造不導通來當絕緣,因此IC運用的某些電氣規範,就是為了確保,制止你提供一個"正偏壓"來破壞這平衡狀態的條件,當我們不論IC內部設計瑕疵造成的問題時,我們若違反了某些條件,而導通某一個"二極體"時,就會有"電流"開始流通,輕微一點使IC運作不正常,嚴重時將燒毀 IC。
同時上面說了,IC內部可以看成很多的NPN或PNP晶體,當你導通某一個"二極體"時,等於導通了某一個NPN或PNP的BE,促使晶體動作--流入的電流可以看成是Ib,經NPN(PNP)放大之後,內部的Ic是Ib的N被-看此晶體放大率,此時電流大小與影響範圍就更廣泛了,更嚴重一點,還會引發連鎖反應--看動作附近的一些原件運作狀態,導致更多的晶體導通,此時就算你消除了原始造成此現象的原因,也可能無法抑制這連鎖反應了--此現象就被稱為 latch up。
所以當你送進此CHIP的信號電壓高於或低於某些規範時-如4397輸入規定是:Max=Vd+0.4v Min=-0.3v,你給大於或小於此電壓的信號,則將可能產生上述latch up的問題。
但發生上訴情況,卻不一定會燒IC--但IC暫時失效是非常可能的,要燒IC是要累積足夠的能量,意即
1:上訴狀況非常嚴重,短時間內就會燒毀。
2:狀況不太嚴重,但因為無法解除,持續的能量把IC燒了,此時,我們關掉電源,再開,則可能又可以正常動作了。
而電源電壓供應範圍的規範是此IC能承受的電壓規範--等於電晶體的耐壓,則是另外一個不同的條件。
一般我們供應IC的所能承受最高電壓給IC運作,是絕對不會有問題的,只是只是電壓變化的容忍度非常低,你要提供一個非常精準的電壓而已,但是不是一超過額定電壓IC就燒毀呢?答案卻是不一定,需要看1:超過多少?2:超過多久?一般而言,超過個5%以內,就算長時間使用都應該不會出事--99.9%?當然,不要冒那0.1%的風險時,大家還是乖乖按規範使用吧。當然,當你超過規範電壓操作時壞了,原廠不負保證責任而已,如CPU一般,廠商只保證一定可以在某種頻率下長時間操作,超頻就不動做了嗎?當然不是,廠商不保證而已。而供電電壓再高,則與時間息息相關了,IC出廠時,都會施加瞬間高壓驗證-ESD 測試,目的在於防止靜電擊穿IC內部原件,通常2000v算是最基本的耐壓,只是時間非常短--約2~10n sec 而已,當然這電壓不是實際街上電源供應器的,只是模擬一個靜電型態的高壓而已。所以,暫時性的高壓不見的會燒毀IC,只要是看時間與電壓的相互關係而已。
from: http://www.govern.com.tw/ph/read.php?f=8&i=2504&t=2504&v=t
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1 From OY - 18/08/2025, 17:51
闩锁效应(Latchup)
386 中的晶体管是通过向硅中掺杂杂质来改变其特性而形成的,从而得到“N 型”和 “P 型”硅区域。和大多数处理器一样,386 芯片采用 CMOS 工艺,因此它使用两种类型的晶体管:NMOS 和 PMOS。386 从一片 N 型硅晶圆开始,通过在其上局部掺入 P 型杂质,形成嵌入在 N 型硅中的 P 型区域,从而制造出 PMOS 晶体管。NMOS 则正好相反,是在 P 型硅中嵌入 N 型硅区域。为了制造 NMOS,需要先形成 P 型井(P-well) 来容纳这些 NMOS 晶体管,如下图的剖面图所示。因此,386 芯片内部由 P 型和 N 型硅组成的复杂图案,共同构成了它的 28.5 万个晶体管。
386 中 NMOS 和 PMOS 晶体管的结构会形成寄生的 NPN 和 PNP 晶体管。
然而,在这些结构的表面之下潜伏着危险——喷火的“闩锁巨龙”,随时可能烧毁芯片。问题在于,这些 N 型和 P 型硅区域在目标晶体管下方还会形成不需要的“寄生”晶体管。在正常情况下,这些寄生 NPN 和 PNP 晶体管是非导通的,可以忽略。但如果有电流流过衬底(硅基底),就可能触发寄生晶体管导通,从而引发可怕的闩锁效应。寄生晶体管会形成一个反馈环路:一旦其中一个开始导通,它会推动另一个导通,如此往复,直到两个都完全导通——这种状态就叫做 闩锁。更糟的是,这种反馈环会维持闩锁状态,直到芯片的电源被切断。在闩锁过程中,芯片的电源与地通过寄生晶体管短路,导致电流剧增,可能因过热而烧毁芯片,甚至熔断焊线。
闩锁效应可能由多种因素触发,从电源过压到辐射干扰,但芯片的 I/O 引脚 是主要风险点,因为来自外部世界的信号往往不可预测。比如,假设有一个软盘驱动器连接到 386,如果驱动器发出的信号电压高于 386 的 5V 电源电压(可能是由于驱动器电压浪涌、信号线反射,甚至只是插接电缆造成),电流就会通过 386 的保护二极管流入(这些保护二极管在上一节已经提到)。如果电流进一步进入芯片的硅衬底,就可能触发闩锁,从而毁掉处理器。
为了防范这一危险,386 的 I/O 焊盘在设计上专门考虑了防闩锁。其中一种解决办法是阻止不需要的电流进入衬底,本质上就是在晶体管周围“设围栏”,防止杂散电流逃逸到衬底中。在 386 中,这种“围栏”是 护环(guard rings),环绕在 I/O 晶体管和二极管的周围。护环通过阻挡不需要的电流,并将其安全地引向电源或地,从而防止闩锁效应。
护环在晶粒上占据了相当可观的面积,但这块空间并非浪费,因为正是这些护环保护芯片免受闩锁效应的毁坏。