未连接的输入会使 IC 变热吗?

电器工程 力量 CMOS 输入
2022-01-05 08:20:42

我正在为一些简单的胶合逻辑使用 ATF16V8 PLD。在原型板上进行测试时,我注意到它几乎立即变得温暖。我检查了没有输出短路,但我也知道许多输入没有连接。

ATF16V8 是一个 CMOS 电路,我读到浮动输入可能是这项技术的一个问题,与 TTL 不同。这可能是热量输出的原因吗?为什么?

3个回答

是的,当有浮动输入时,CMOS 电路会变热。您应该始终将未使用的 CMOS 输入引脚连接到定义的电压,通常是 GND 或 Vdd,除非数据表另有说明(另请参阅此答案的结尾和迈克尔的答案)。如果一个引脚可以配置为输入或输出,而您不确定它将是哪个,那么您可以在引脚和 GND/Vdd 之间放置一个电阻。

如果您不连接引脚,则称它们“浮动”并具有未指定的电压。该电压可能来自封装引线上的感应、封装内部或外部的泄漏电流、静电放电等。关键是您不知道引脚所连接的输入晶体管的栅极电压(下面的 CMOS 反相器中的信号 A)。

CMOS反相器

在最坏的情况下,这个不确定的电压将介于“高”和“低”之间,因此两个晶体管同时导通。因此,大电流(数 10-100 mA)流经晶体管从 Vdd 到 GND (Vss),从而产生热量并可能损坏芯片。


一些 IC 在其输入引脚处具有特殊电路,以防止这种情况发生。该电路通常称为bus-holder 或 bus-keeper,但也可以在其他名称下找到,例如pad-keeper(egiMX 处理器)。它本质上是一个缓冲器(两个串联的反相器)和一个连接到输入引脚的大电阻。这确保了输入引脚在没有其他驱动的情况下始终被驱动为高电平或低电平。

公共汽车持有人

图片来源:维基媒体,公共领域。

在这种情况下不是。引用数据表

所有 ATF16V8B(QL) 系列成员都有内部输入和 I/O 上拉电阻。因此,只要输入或 I/O 没有被外部驱动,它们就会浮动到 VCC。这确保所有逻辑阵列输入都处于已知状态。这些是相对较弱的有源上拉电阻,很容易被 TTL 兼容的驱动器过度驱动(参见下面的输入和 I/O 图)。

该图显示了一个“>50kΩ”的上拉电阻。所以除非你有很长的电线和很强的电子辐射,否则我非常怀疑它会导致不必要的切换。

其他设备可能会通过浮动引脚增加功耗,但我怀疑它是否足以让它明显变热。

引用例如 EFM32 微控制器应用笔记:

EFM32 上所有未连接的引脚都应配置为 GPIO->P[x].MODEL/MODEH 设置为 0(禁用)。在此设置中,输入施密特触发器和输出驱动器均关闭。如果启用输入(启用施密特触发器),浮动输入可能会导致施密特触发器频繁切换并增加功耗。

问题说

它几乎立即变得温暖

在正常情况下它不应该发生。让我们看看 GAL16V8 数据表,因为它包含一些有用的信息:

Lattice Semiconductor 建议将所有未使用的输入和三态 I/O 引脚连接到另一个有源输入、Vcc 或接地。这样做往往会提高抗噪能力并降低设备的 Icc。

它指出输入三态 I/O应该连接到某个地方,包括电源轨。由于 PLD 是可配置设备,因此可以将引脚配置为输入、I/O 或输出。

如果您将引脚连接到地或电源轨,并且引脚似乎是活动输出,因为如果这样配置,将会有过多的电流泄漏并且设备将开始加热。

我之前遇到过这种情况(当我被要求对 PLD 过热进行故障排除时发现),GAL 设备没有炸,但发热非常严重。你的情况也可能如此。您应该检查 PLD 的配置,并确保输出引脚没有连接到电源轨,也没有连接到另一个输出引脚。