在电子设计中,防倒灌电路是确保电路稳定性和安全性的关键一环。它能够防止电流从一个电源供应的器件倒灌至另一个未供电的器件。尽管倒灌现象看似简单,但它可能引发一系列系统异常,甚至导致元器件损坏,尤其是当串行通信的器件电源状态不一致时。因此,设计防倒灌电路成为硬件设计中必不可少的步骤。
什么是倒灌?
倒灌指的是电流从高电压器件通过输入/输出引脚(I/O pin)倒灌到未供电器件的电源。这一现象在多个IC芯片共同工作的电路中尤为常见,尤其是当其中一个芯片关闭电源时,另一芯片的电流可能会通过信号线流入未供电的芯片,造成其异常工作或损坏。以STM32芯片为例,其I/O结构中存在防护二极管连接至VDD(电源)和VSS(地)。当未供电的芯片通过信号线收到高电平信号时,电流会经过这些二极管反向流入电源,从而形成倒灌现象。这不仅会引发信号异常,还可能导致芯片内部的二极管被击穿,影响电路整体的稳定性。
防倒灌的设计方案
为防止倒灌问题,电路设计中可以采用以下几种常见方法。
串联限流电阻
通过在信号线上串联一个几十欧姆到几百欧姆的限流电阻,可以有效降低流经器件的电流,防止因过流而损坏二极管。然而,这一方案的局限在于它并不能完全消除在未供电器件电源线上建立的异常电压。限流电阻仅能在一定程度上减少倒灌的影响,但不能根本性解决电流倒灌至芯片电源的问题。
串联二极管和上拉电阻
串联二极管与上拉电阻的方案是一种较为常见的防倒灌设计。二极管起到阻断倒灌电流的作用,而上拉电阻则用于维持正常工作电压。在这种方案中,当两个IC芯片都供电时,信号可以正常传输&
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