切实有效保护CMOS电路不受电源过压影响的方法
中心议题：
- 保护CMOS电路不受电源过压影响的方法
- 单电源系统方案
- 双电源系统方案
- 开关电源/高噪声环境方案
所有的IC工艺都存在相关的本征击穿电压，由此导致的最大电压应力将会施加于采用该工艺制造的任何器件。因此，所有IC制造商都会提供其器件产品的绝对最大额定值技术规格，一般是提供施加于器件任何引脚的最大电压。
器件过压指超过绝对最大额定值的应力或电压施加于该器件。本文重点讨论CMOS和线性兼容CMOS器件的电源输入过压问题。
与IC工艺相关的本征击穿电压，就是指该工艺中的晶体管、嵌入式齐纳二极管或其他此类元件会有一个确定的击穿电压。显然，如果器件的正电源输入(VDD)和负电源输入(VSS)之间仅有一个此类元件，那么VDD — VSS的绝对最大额定电压就是该元件的击穿电压。由于所需IC功能、硅片尺寸限制及其它因素影响，因此无法总是确保IC内的任何单个元件上不会出现VDD - VSS。这意味着器件制造商将会选择可施加于电源的有限电压，以防器件受损。因此，器件制造商都会确定该限值，并在器件的数据手册上规定一个绝对最大额定值，以保证器件安全地处于击穿电压内。器件的用户也必须确保施加于器件的工作电压处于绝对最大额定值范围内。那么，问题出在哪里呢？
电源尖峰
问题不是出在容易控制的电源稳态值上，而是电源线路的电压尖峰引起的。大部分系统中，此类电压尖峰最可能发生在电源开启和关闭期间。另外开关电源，或器件在拥有大型电机的高噪声环境下工作时也可能产生电压尖峰。在此期间，根据电源的输出阻抗、电源的负载和电源的总体设计情况，电源电压可能过冲明显超过其标称值，并且在这种情况下，超过器件的绝对最大额定值（参见图1）。
图1. 电源开启尖峰
过去一直都采用齐纳和肖特基二极管等外部箝位元件，将电压尖峰限制在足够短的持续时间内，防止对器件造成任何损害。但是，随着CMOS和线性兼容CMOS工艺几何尺寸的缩小，采用此类工艺制造的器件速度变得越来越快。
这意味着，在正常工作模式下，用户可以享受到高速度、高带宽等好处。但是，这也意味着采用更快工艺制造的元件要对更短暂的电源瞬态做出响应。器件对约1 s或更短持续时间的电源瞬态做出响应并不少见。这表明，使用齐纳和肖特基二极管保护器件的传统方法不再能够可靠地保护器件。因为在许多情况下，它们对电压尖峰或瞬态的响应速度要比器件的响应慢，所以无法提供任何保护。
瞬态电压抑制器为了提供充分的保护，保护元件需要对电压尖峰或瞬态做出非常迅速的响应。具有此功能的理想器件是瞬态电压抑制器或TransZorb。TransZorb抑制器属于PN硅瞬态电压抑制器，具有电涌处理能力、极短的响应时间和低串联电阻特性。其响应时间可低至1ns，同时箝位比（箝位电压与标称电压之比）较低。TransZorb保护器件的方式取决于实际应用，下面将讨论几种不同情况。在任何情况下，TransZorb都应尽可能靠近其所保护的器件， 以降低TransZorb和器件之间的电阻。
单电源系统
第一种情况是要保护的CMOS器件采用单电源轨供电。显然，在此情况下，击穿路径在此单电源轨和器件的接地轨之间。这种情况下，如图2所示，在电源轨与地之间连接单个瞬态抑制器就能可靠地保护器件，免受开关瞬态的影响。此TransZorb将通过箝位电源轨和接地轨之间的电压差，保护器件不受两轨的瞬态影响。TransZorb具有各种不同的电压额定值，表I列出了针对部分常用电源电压推荐的TransZorb产品型号。
图2. 在单电源系统中使用TransZorb
双电源系统
第二种情况是器件采用两个供电轨供电。在此情况下，可能存在多个击穿路径。第一条在正负供电轨之间，第二条在正供电轨和地之间，第三条是在负供电轨和地之间。对于双电源系统，有两种保护方案。
有些情况下，如图3所示，在两条供电轨之间连接单个TransZorb便足以保护器件。这种情况下，TransZorb的电压额定值等于两个电源电压之和。此单TransZorb配置假设一个电源出现尖峰时，另一个电源提供较低的输出阻抗。
