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怎样利用防闩锁型多路复用器实现鲁棒的电池监控解决方案?

时间:2017-03-24 作者:Sean Brown 阅读:
在电池监控系统中,可能出现故障条件,并且过压可能施加于这些IC。瞬变过压条件甚至可能使传统的CMOS开关经历闩锁条件。闩锁是一种在故障条件消除之后仍可能持续存在的不良高电流状态,它可能导致器件故障。
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在汽车、军事、过程或工业应用等环境中使用的集成电路可能暴露于超过额定工作限制的条件。在电池监控系统中,可能出现故障条件,并且过压可能施加于这些IC。瞬变过压条件甚至可能使传统的CMOS开关经历闩锁条件。闩锁是一种在故障条件消除之后仍可能持续存在的不良高电流状态,它可能导致器件故障。MaTEETC-电子工程专辑

通过结隔离技术,PMOS和NMOS晶体管的N和P井形成寄生硅控整流器(SCR)电路。过压条件可能触发此SCR,导致电流被显著放大,进而引起闩锁。MaTEETC-电子工程专辑

如果输入或输出引脚电压之一超过供电轨一个二极管压降以上,或者电源时序控制不当,则可发生闩锁。如果通道上出现故障,且信号超过最大额定值,则故障可触发典型CMOS器件的闩锁状态。MaTEETC-电子工程专辑

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图1.电池监控电路。MaTEETC-电子工程专辑

电路上电期间,也可能在CMOS开关上电前产生输入端电压,特别是使用多个电源为电路供电时。此条件可能超过器件的最大额定值,并触发闩锁状态。MaTEETC-电子工程专辑

ADG5408是防闩锁型高压8:1多路复用器。用于制造ADG5408的沟道隔离技术可防止闩锁状态,并减少外部保护短路。防闩锁不保证过压保护,仅表示开关会进入高电流SCR模式。ADG5408还具有8 kV人体模型静电放电(ESD)额定值(ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2010)。MaTEETC-电子工程专辑

图1中的电路显示了用于电池监控应用中的ADG5408。一个多路复用器用于正引脚,另一个用于负引脚。此差分多路复用允许将单个仪表放大器用于最多八个通道。这样,放大器可以消除每个电池的共模电压。MaTEETC-电子工程专辑

在设计和评估IC时,必须对其进行测试以评估其受闩锁影响的可能性。闩锁测试期间,将应力电流施加于引脚1 ms,此操作称为触发,触发前后测量引脚上的电流。最大应力测试在开关断开、漏极(D)设为VDD且源极(S)设为VSS时执行,如图2所示。MaTEETC-电子工程专辑

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图2.闩锁测试配置(触发前)的常见变化。MaTEETC-电子工程专辑

接着源极电压被驱动至超过VSS,直至达到所需的触发电流。如果未发生闩锁,则引脚电流返回预触发值。发生闩锁后,引脚继续吸取电流,而不用触发电压驱动。只能通过关断器件来停止。MaTEETC-电子工程专辑

图3显示典型CMOS开关(使用外延层)与ADG5408在接受闩锁测试时的结果对比。可以看出,此典型CMOS开关在−290 mA达到闩锁电流,而ADG5408不会发生闩锁,除非测试结束于−510 mA。MaTEETC-电子工程专辑

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图3.闩锁触发后的电流比较。MaTEETC-电子工程专辑

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