什么是“閂鎖效應”？這個詞兒對我們來講可能有點陌生。從構造上來看，單片機由大量的PN結組成。有一個由四重結構“PNPN”組成的部分，其中連接了兩個PN結。PNPN的結構是用作功率開關元件的“晶閘管”的結構，并且單片機中的PNPN部分被稱為“寄生晶閘管”。
晶閘管由三個端子組成：陽極（正極），陰極（負極）和柵極（門）。通常，電流不從陽極流向陰極，但是當信號輸入到柵極時，電流從陽極流向陰極。一旦電流開始流動，除非電源關閉，否則它將繼續流動。由于此時的導通電阻非常小，因此流過大電流。在單片機的寄生晶閘管中發生相同現象的現象稱為“閂鎖”。
當單片機發生閂鎖時，大電流流入內部，不僅導致無法正常工作，而且還可能導致單片機內部的導線熔化并損壞元件。如果使用正確，將不會發生閂鎖，但是如果您錯誤地啟動電源或陡峭的高壓噪聲進入引腳，則會發生閂鎖。圖1是單片機表面上的金屬布線的圖片，該金屬布線實際上已被閂鎖電流熔化。
圖1：閂鎖電流使單片機表面的金屬線熔化
一、晶閘管結構是什么樣的？
圖2顯示了晶閘管（PNPN）的結構。當將正電勢施加到陽極而將負電勢施加到陰極時，由于J1和J3為正向，而J2為反向，因此沒有電流從陽極流向陰極。
圖2：晶閘管結構
然而，當將電壓施加到柵極并且電流流動時，J2的反向電流被柵極電流加速，并且電流流過J2。由于J1和J3本質上是向前的，因此當發生這種現象時，電流開始從陽極流向陰極。一旦電流開始流動，除非陽極電源關閉，否則它將繼續流動。這是晶閘管切換操作。利用這種操作，晶閘管被用作電力設備中的開關元件。PNPN結被認為是PNP晶體管和NPN型的組合，如圖2-b所示。電路圖顯示了如圖2-c所示的雙晶體管配置。Tr1的發射極（E）成為晶閘管陽極，基極是Tr1的集電極（C），Tr2的基極（B），陰極是Tr2的發射極（E）。
二、閂鎖發生的機理？
圖3顯示了應用于單片機CMOS中的兩個晶體管。
圖3：閂鎖發生的機制
上圖中的示例適用于N型襯底。此外，存在P型襯底的情況，但在兩種情況下均會形成寄生PNPN結，因此可以以相同方式考慮閂鎖的原理。Tr1由PMOS的源極的P溝道形成，該PMOS的源極連接到N型襯底的電源，然后再連接到P阱。然后，Tr2由從N型襯底連接到P阱和GND的NMOS源極的N夠到路徑形成。
Tr1和Tr2形成為如圖3的CMOS中的黃線所示。電源側為陽極，GND側為陰極，而柵極等效于NMOS P阱。CMOS輸入線連接到NMOS的柵極。柵極和P-WELL在插入柵極氧化膜的情況下形成與電容器相同的結構。電容器很容易通過高頻信號，因此，如果噪聲進入輸入線，并且噪聲的dV/dt大（高頻分量大），則它會穿過柵氧化膜并到達P阱。這將觸發PNPN結導通，從而導致大電流從電源流向GND。
另外，如果電源線急劇波動，特別是如果它向負側波動，則柵極電壓將高于電源電壓，并且狀態將與噪聲進入柵極時相同。如果在建立單片機的電源之前在端子上施加了電壓，則會發生此狀態。
往期回顧：
●單片機支持操作系統的特性
●拋開CRC校驗的“神秘面紗”
●燒寫算法FLM文件如何實現呢？
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