Из-за чувствительности как к напряжению питания, так и к напряжению логических уровней к ТТЛ-кристаллу предъявляются жесткие требования по току, а это часто порождает проблемы, связанные со значительным падением напряжения на печатных проводниках. В момент уменьшения напряжения на выходе ТТЛ-схемы происходит резкое скачкообразное увеличение тока, что приводит к уменьшению напряжения на выводе Vcc{+). При этом, помимо того что кристаллу может не хватать питания, возникают «выбросы» или ложные импульсы, которые приводят к полной неразберихе в работе таких схем„ как вентили, счетчики, триггеры.

Для того чтобы просто сгладить эту проблему, печатная плата, на которой установлено даже не очень большое число ТТЛ-приборов, должна быть щедро «усыпана» шунтирующими конденсаторами емкостью от 0,0001 до 1 мкФ. Обычно соблюдается такое соотношение; по крайней мере один конденсатор на каждые два кристалла при условии, что один из кристаллов установлен далеко от другого (под «далеко» подразумевается несколько десятков миллиметров). При шунтировании ТТЛ-интегральных схем рекомендую подбирать конденсаторы с учетом большого запаса. Для каждого вывода Fcc(+) берите конденсатор емкостью 0,001 мкФ (10 В и выше), припаивайте конденсатор непосредственно к выводу Vcc, не около него, а к нему. Кроме того, на каждую группу из нескольких ИС, расположенных вдоль одной шины питания, следует устанавливать конденсатор емкостью 0,1 мкФ. На вход источника питания, куда подается напряжение +5 В (на торцевом разъеме платы или на выводе монтажной платы), припаивают танталовый электролитический конденсатор емкостью 1 мкФ. Конечно, само собой разумеется, что свободные концы конденсаторов припаивают к земле. Эти конденсаторы используются для того, чтобы они накапливали заряд в данном месте электрической цепи и и разряжались в тот момент, когда изменится состояние ближайшего ТТЛ-прибора. Кроме того, они шунтируют ложные сигналы, возникающие в шине питания печатной платы.

КМОП-приборы и статическое электричество

Основная проблема, которая возникает при работе с КМОП-приборами, состоит в том, что статическое электричество, которое накапливается на вас самих, на инструментах, на столе и на других приборах, или заряды, возникающие при подсоединении испытательного оборудования, могут легко вывести из строя КМОП-кристаллы. Хотя после включения в схему они оказываются в относительной безопасности, вне схемы уязвимость их чрезвычайно велика.

Иногда можно услышать, что проблема статического электричества в отношении КМОП-схем преувеличена, и в некотором

смысле с этим нельзя не согласиться, так как эту проблему сейчас чересчур усложняют. Но хотя в некоторых самых последних приборах и предусмотрена диодная защита выводов, нужно быть готовым к тому, что при небрежном обращении КМОП-прибор выйдет из строя. Я сам испортил несколько приборов и поэтому не слишком доверяю заявлениям о том, что эта проблема преувеличена.

За небрежность можно поплатиться очень дорого. Несмотря на то что широко распространенные КМОП-приборы относительно дешевы (большинство из них входит в серию 4000), некоторые специальные КМОП-приборы стоят очень дорого. Например, ИС цифровых часов стоит около 15 долл., в то время как ИС микрокомпьютера стоит почти 100 долл.! Скрытая цена- это, между прочим, пена того времени, денег и плохого настроения, которые тратятся на обнаружение неисправности в проектируемой схеме, где статический заряд вывел из строя одну-единственную интегральную КМОП-схему. Итак, при желании вы можете не обращать внимания на проблему статического электричества, но не лейте потом слез, если ваш аналого-цифровой преобразователь (который стоит 150 долл.) вылетит в трубу.

Причины чувствительности КМОП-приборов к статическому электричеству

На рис. 2.12, а показана «внутренность> типичного КМОП-кристалла (полевого КМОП-транзистора). Электрод затвора изолирован от п-канала слоем окисла металла, имеющим толщину порядка 1/500 мм. Типичное значение напряжения пробоя такого тонкого слоя лежит в диапазоне 80 В. Напряжение статического электричества, накопленного на вашем теле, на инструментах и рабочих поверхностях, может достигать нескольких сотен вольт, отсюда понятно, что если не соблюдать надлежащих мер предосторожности, то КМОП-прибор можно испортить.

Затвор

Затвор Источник

Изолированный

затвор слой о/гисла

Сток

Рис. 2.12. Типичная структура полевого МОП-транзистора, используемого в качестве входного КМОП-траизистора (а); возможное повреждение, обусловленное статическим электричеством при небрежном обращении со схемой (б).

Механизм разрушения полевого КМОП-транзистора показан на рис. 2.12,6. При пробое слоя окисла металла (при возникновении «бреши» в изолирующем слое) ионы металла проникают в слой затвора, канал и затвор замыкаются накоротко.

Коварство этого эффекта, однако, заключается в том, что он может проявиться с задержкой, так как достаточное количество ионов металла неспособно сразу пройти через «брешь». Постепенно накапливается такое количество ионов, которое приводит к короткому замыканию затвора, и тогда прибор выходит из строя. Этим можно объяснить «спонтанный» отказ прибора через несколько недель или даже месяцев после монтажа.

Мера противодействия - все заземляйте!

Даже несмотря на то, что с целью защиты от статического электричества, некоторые «хитрые» КМОП-приборы защищают пробивными диодами, рекомендуется соблюдать некоторые меры предосторожности. Пример схемы защищенного КМОП-инвертора приведен на рис. 2.13. Однако эта защита не распространяется на все случаи жизни. Кроме того, большая часть старых КМОП-приборов и многие токовые приборы, обеспечивающие высокое быстродействие или выполнение специальных функций, не имеют защиты. Я предлагаю использовать следующие меры предосторожности, рекомендованные фирмами изготовителями при работе с КМОП-приборами и с некоторыми другими ИС.

Верный путь к устранению угрозы выхода из строя КМОП-приборов- заземление окружающих предметов. При этом ста-

вхом

выход

Рис. 2.13 Диодная защита для ослабления влияния статического электричества иа КМОП-интегральные схемы.