本應(yīng)用筆記將幫助達(dá)拉斯半導(dǎo)體安全微控制器和高速微控制器的用戶(hù)在實(shí)現(xiàn)非易失性SRAM時(shí)提高可靠性。本筆記適用于安全和高速安全微控制器系列以及DS87C530高速微控制器。超出容差的電壓尖峰、保護(hù)I/O引腳和負(fù)電源瞬變將在本應(yīng)用筆記中討論。

概述

采用電池供電的非易失性SRAM（NV RAM）的微控制器已在嵌入式市場(chǎng)中得到廣泛認(rèn)可。與閃存或EEPROM技術(shù)不同，非易失性SRAM沒(méi)有寫(xiě)入限制，這使其成為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用的理想選擇。在達(dá)拉斯半導(dǎo)體安全微控制器系列等產(chǎn)品中，NV RAM可用于提供系統(tǒng)內(nèi)可重新編程的程序存儲(chǔ)器。

本應(yīng)用筆記討論了集成NV RAM的微控制器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)指南。提出了許多設(shè)計(jì)建議，以提高集成NV RAM的微控制器的可靠性。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，只要使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS設(shè)計(jì)指南，電池備份存儲(chǔ)器與非易失性存儲(chǔ)器一樣可靠。本應(yīng)用筆記適用于安全微控制器和高速安全微控制器系列產(chǎn)品以及DS87C530高速微控制器。

超出容差的電壓尖峰

現(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)嚴(yán)酷的地方;靜電放電（ESD）、電噪聲等可以進(jìn)入系統(tǒng)。其中許多現(xiàn)象會(huì)在一個(gè)或多個(gè)器件引腳上感應(yīng)負(fù)電壓。CMOS設(shè)計(jì)指南要求引腳不得高于V值抄送或低于 V黨衛(wèi)軍.違反此準(zhǔn)則可能會(huì)導(dǎo)致硬故障（損壞設(shè)備內(nèi)部的硅）或軟故障（無(wú)意修改內(nèi)存內(nèi)容）。

負(fù)電壓尖峰是CMOS器件的一個(gè)特殊問(wèn)題。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)電壓尖峰時(shí)，器件內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)寄生二極管可能會(huì)正向偏置。這將導(dǎo)致設(shè)備消耗大量電流，并可能導(dǎo)致設(shè)備閂鎖。通常，扭轉(zhuǎn)CMOS閂鎖的唯一方法是斷開(kāi)器件的電源。如果器件的供電不受限制，則過(guò)大的電流消耗會(huì)對(duì)器件造成無(wú)法彌補(bǔ)的損壞。

不太嚴(yán)重，但同樣麻煩的是這可能對(duì)非易失性存儲(chǔ)器產(chǎn)生的影響。當(dāng)寄生二極管形成時(shí)，將形成高電流路徑。這會(huì)將電流從器件中排出，并可能導(dǎo)致電壓在內(nèi)部驟降。如果內(nèi)部電壓降至維持存儲(chǔ)器所需的最小值以下，則可能會(huì)遇到軟錯(cuò)誤。

在實(shí)際應(yīng)用中，通常很難或不可能消除所有高于V的電壓抄送或低于 V黨衛(wèi)軍.實(shí)際上，大多數(shù)器件可以容忍0.3V的過(guò)沖或下沖。以下案例討論了此類(lèi)情況的常見(jiàn)原因以及將其對(duì)系統(tǒng)的影響降至最低的方法。

保護(hù) I/O 引腳

器件遇到負(fù)電壓尖峰的最常見(jiàn)方式是通過(guò)其通用I/O引腳。這些通常是微控制器與“外部世界”的唯一聯(lián)系。電動(dòng)機(jī)和鍵盤(pán)等設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量電噪聲。例如，觸摸門(mén)把手時(shí)所經(jīng)歷的沖擊可能高達(dá) 30kV。如果該電壓從鍵盤(pán)傳輸?shù)轿⒖刂破飨到y(tǒng)，則會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞電子元件。

圖1顯示了可用于保護(hù)微控制器I/O引腳的二極管保護(hù)方案。該方案依賴(lài)于使用肖特基二極管和限流電阻來(lái)降低電流尖峰對(duì)器件的影響。當(dāng)接近器件引腳的電壓超過(guò)V時(shí)抄送或 V黨衛(wèi)軍超過(guò)0.1V - 0.2V時(shí)，肖特基二極管將變?yōu)檎蚱?，將多余的電壓從器件引腳傳導(dǎo)出去。限流電阻還有助于抑制電壓尖峰對(duì)微控制器的影響。

圖1.外部 I/O 保護(hù)方案。

必須仔細(xì)選擇圖1所示的保護(hù)二極管。大多數(shù)肖特基二極管，如流行的1N5817，都適用于室溫。然而，在高溫下，它們的反向偏置泄漏將開(kāi)始加載I/O線，使器件難以驅(qū)動(dòng)邏輯1。例如，DS87C520可以驅(qū)動(dòng)邏輯1，最大電流為50μA。在室溫下，典型 1N5817 的反向漏電流為 30μA。然而，在70°C時(shí)，反向漏電流大于100μA。微控制器將無(wú)法提供足夠的電流來(lái)維持2.4V的高CMOS邏輯。

任何使用的肖特基二極管的漏電流都應(yīng)遠(yuǎn)低于源極器件的最大驅(qū)動(dòng)電流。許多供應(yīng)商都提供具有低反向漏電流的二極管。

負(fù)電源瞬變

電壓尖峰的另一個(gè)來(lái)源是電源。許多簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓器，如7805 5V穩(wěn)壓器，在上電時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰而臭名昭著。在設(shè)計(jì)電源時(shí)必須小心，以免在上電或?qū)⒇?fù)載進(jìn)出系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生過(guò)多的噪音。

通過(guò)在V兩端使用反向偏置肖特基二極管可以減少電源瞬變問(wèn)題抄送和 GND，類(lèi)似于用于保護(hù) I/O 引腳的接地。圖 2 顯示了一個(gè)這樣的方案。

圖2.穩(wěn)壓器保護(hù)方案。

審核編輯：郭婷