Resumen: ¿Qué puede ser más simple que el diseño con CMOS y BiCMOS? Estas tecnologías son muy fáciles de usar, pero que todavía requieren un diseño cuidadoso. En este tutorial se explica el extraño caso de los circuitos que parecen funcionar, pero presentan algunas conductas de los particulares, incluyendo quemarse los dedos del diseñador!
Una versión similar de este artículo apareció en el 13 de febrero 2012 tema de la electronica revista.
Algunos pueden pensar que los circuitos digitales, especialmente utilizando CMOS y BiCMOS, son fáciles de diseñar.Pero como la mayoría de cosas en la vida, los profesionales que tienen muchos años de experiencia hacen de los puestos de trabajo parezca fácil! El artista de circo sin esfuerzo malabares muchos artículos. El acabado de hormigón crea una superficie lisa, y un chef de primera crea una comida gourmet en un instante. Ahora, de vuelta al diseño de circuitos. ¿No es el diseño digital acaba de encadenar algunas puertas lógicas?
Si la vida fuera tan simple. Adecuada gestión de la energía, la disociación de energía, y los jardines son esenciales para el éxito del diseño.
En este tutorial, hablamos de circuitos integrados CMOS y BiCMOS y mostrar cómo un simple error-no V CC -desencadena un comportamiento extraño. Vamos a explicar por qué ese dispositivo de baja potencia CMOS puede ser muy caliente. Finalmente, se analiza la forma en que se refiere a su vez-en el circuito de veces.
Tenga en cuenta que no estamos hablando de aplicaciones específicas o partes. Este tema es endémica de diseño de circuitos integrados y trasciende cualquier uso de un dispositivo específico. El foco aquí está en los detalles y cómo el diseño cuidado de no desperdiciar nada de espacio, corriente, potencia, lo que-o el nombre de quemar la mano!
Hot CMOS / BiCMOS, o ¿Por qué me quemo el dedo en el CI?
Una de las señas de identidad de CMOS o BiCMOS es bajo consumo de energía. Una puerta CMOS sólo se alimenta en las transiciones, por lo que estos circuitos funcionan en frío a bajas velocidades.
Bien, pero ¿por qué es la junta caliente?
La figura 1 muestra un sencillo circuito CMOS. Es complementario (N y dispositivos P), (de ahí el nombre complementario de óxido metálico semiconductor ). Se trata de unos y ceros y tan simple. En un momento dado, un dispositivo está encendido, el otro está apagado. ¿Qué podría salir mal? Resulta que hay algunas condiciones que pueden causar el circuito de sacar un buen montón de energía.
Figura 1. Un típico circuito CMOS de entrada.
Cuando el circuito CMOS es aproximadamente a mitad de camino entre uno y cero, tanto la parte superior e inferior son transistores parcialmente sobre. Por lo tanto, mayor será la velocidad, las transiciones más por segundo y la energía más utilizada. Mientras que las transiciones son rápidas, la parte no se queda en la posición media y larga todo el mundo es feliz. La Tabla 1 muestra una lógica de alta seguridad y bajos niveles como porcentaje de las tensiones de la fuente de alimentación.
| Tabla 1. Los niveles de seguridad lógica de altas y bajas para el potenciómetro digital MAX5391 | ||||||
| Parámetro | Símbolo | Condiciones | Min | Tipo | Max | Unidades |
| Entradas digitales | ||||||
| Alto voltaje de entrada mínimo | V IH | V DD = 2.6V a 5.5V | 70 | % X V DD | ||
| V DD = 1.7V a 2.6V | 75 | |||||
| Bajo voltaje de entrada máximo | V IL | V DD = 2.6V a 5.5V | 30 | % X V DD | ||
| V DD = 1.7V a 2.6V | 25 | |||||
Figura 2. De voltaje en un pin de entrada CMOS contra corriente de alimentación. Los datos son para el potenciómetro MAX5391 digital.
Niveles lógicos se especifica típicamente como un porcentaje de la tensión de alimentación. La forma de onda de la Figura 2 se realiza por lentamente cambiando la tensión de entrada. Si la aplicación es, por desgracia, a 2.6V con una alimentación de 5 V, que sacará 80 veces más corriente que con el adecuado y cero. En el caso de una variación lógica de 5V, si la señal es inferior a 0,7 V, es un cero seguro; si es superior a 4,3 V, es un una caja fuerte.
Este MAX5391 se conectará lógica de 5 V con una fuente de 5V y se adaptará a la lógica de 3V con una fuente de 3V.Ahora bien, supongamos que alguien quiere aparearse esta parte de la lógica 3V en la entrada, pero con una alimentación de 5 V? Las obras de caso cero, pero el uno se alimenta de cuatro a ocho veces más de lo necesario.Esta es la razón por la CMOS podría ser corriente caliente. La solución correcta es utilizar un traductor de nivel lógico entre la lógica funciona a diferentes voltajes.
Otros desvíos o Turn-Ons-la cuestión CMOS Logic
Por lo general los seres humanos disfrutan de observar a la gente. Los ingenieros, en particular, disfrutar de los detalles, y cuáles son exactamente los complementos a su vez y no me atrae de este asunto es así?
La cuestión es realmente acerca de las secuencias de alimentación. Los diseñadores de CI desea que la potencia suministrada a todos los pasadores que deben aplicarse simultáneamente o por lo menos en un orden prescrito. Los ingenieros de sistemas saben que esto es casi imposible sin un esfuerzo extraordinario y numerosos circuitos adicionales. En consecuencia, la mayoría de los circuitos deben valerse por sí mismos y, como mínimo, no se destruyen durante los pocos segundos, mientras que el suplemento de energía se estabiliza. (Por suerte, las partes modernas no son como algunos circuitos integrados a principios que internamente trabado y destruyó a sí misma-si el poder no se aplican en el orden prescrito.) Sin embargo, hay algunos circuitos como la lógica, ASIC, o los procesadores que deben ser alimentados antes de la lógica- señales se aplican a los niveles de sus entradas. El diseñador del sistema debe comprender por qué esto es cierto, no teóricamente sino de hecho en realidad.
La mayoría de los diseñadores de sistemas con pocos años de experiencia he visto a alguien tratando de solucionar un problema de lógica CMOS. El problema aparece y desaparece, aparentemente al azar. Sólo cuando algo comienza a tener sentido, todo cambia. Los nodos del circuito que se comporten adecuadamente repente no lo son. ¿Ha adivinado la respuesta? Sí, por supuesto! El CMOS faltaba una fuente de alimentación. Un CMOS requiere una pequeña cantidad de energía que funcionará si un pin de entrada está a un nivel lógico alto. ¿Cómo funciona?
Figura 3. Típicas estructuras de protección ESD.
Imagen un grupo de puertas lógicas sin V CC aplicada ( figura 3 ). Aquí el grupo cuenta con todas las V CC clavijas atadas en un autobús. Ahora aplicar una lógica de alta de un circuito externo, debidamente alimentado a la señal de pasador C. El alto nivel pasa por la parte superior de la EDS de diodo a la V CC de bus. Ahora todas las puertas tienen el poder y parece funcionar ... hasta que la lógica de alta en el pin C se convierte en una baja o nula. Esa sección de la lógica continuación, deja de funcionar hasta que un pin de entrada pasa a nivel alto. Con pines de entrada de varios como el anterior, el grupo parece hacer cosas tontas, ilógicas. Esta situación no es divertido para solucionar problemas y conduce a una regla fundamental de diseño: Siempre empezar con lo básico-está conectado y es el poder y el presente de tierra en las tensiones correctas?
Las estructuras de EDS dentro de un circuito integrado están diseñados para proteger a la parte antes de que el cliente se monta en un producto de la placa de circuito impreso . El diodo de ESD dentro de los circuitos están limitados en tamaño, no pueden soportar los eventos del sistema de EDS que provienen de fuentes externas.Powerline picos cercanos y las huelgas relámpago abrumar a los internos diodos IC ESD. Hay límites prácticos para la fijación de la EDS, y las partes exteriores de EDS se necesitan en los tablones de PC y sistemas.
Imagínese un circuito que tiene una potencia sólida fuente conectada a la patilla C por encima. V CC está fuera por un tiempo prolongado. El diodo de ESD arriba a tratar de que todo el poder en el V CC ferroviario. Sin embargo, el diodo de ESD es muy pequeño y puede fallar con el tiempo. En ese caso, puede haber una razón que V CC se elimina, por ejemplo para reducir el consumo de energía. Así añadiendo un diodo externo en paralelo con el diodo de ESD superior resuelve el problema. La externa diodos Schottky Si o llevará a la corriente y proteger el CI.
Conclusión
La sabiduría de la experiencia con suerte nos permite diseñar en torno a algunas situaciones frustrantes. Si no, al menos podemos evitar algunas lecciones dolorosas. Atención a los detalles es importante. Hay problemas particulares con el encendido y apague los tiempos de circuitos integrados CMOS y BiCMOS, y por lo tanto hemos explicado cómo estimar a su vez-en los tiempos y calcular el comportamiento de un circuito CMOS sin V CC aplicado. Por último, un dispositivo CMOS / BiCMOS pueden ser muy corriente caliente "quema", si los seguros y los niveles de cero no se mantienen. La mejor solución es un traductor de la lógica a nivel de funcionamiento entre los diferentes voltajes.
Un viejo proverbio dice: "Una onza de prevención vale una libra de cura". Eso es cierto en el diseño de circuitos. Un buen conocimiento de la familia lógica digital en un diseño es la mejor manera de asegurar que los circuitos resultantes son fiables, mantener la calma, y no utilice más actual de lo necesario. Ese pensamiento en la delantera puede guardar un recuerdo o la revisión o la junta giro más tarde.
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