ZHCAAP8B December   2015  – August 2021 CC430F6125 , CC430F6126 , CC430F6127 , CC430F6135 , CC430F6137 , CC430F6147 , MSP430AFE221 , MSP430AFE222 , MSP430AFE223 , MSP430AFE231 , MSP430AFE232 , MSP430AFE233 , MSP430AFE251 , MSP430AFE252 , MSP430AFE253 , MSP430BT5190 , MSP430F1101 , MSP430F1101A , MSP430F1111A , MSP430F112 , MSP430F1121 , MSP430F1121A , MSP430F1122 , MSP430F1132 , MSP430F122 , MSP430F1222 , MSP430F123 , MSP430F1232 , MSP430F133 , MSP430F135 , MSP430F147 , MSP430F1471 , MSP430F148 , MSP430F1481 , MSP430F149 , MSP430F1491 , MSP430F155 , MSP430F156 , MSP430F157 , MSP430F1610 , MSP430F1611 , MSP430F1612 , MSP430F167 , MSP430F168 , MSP430F169 , MSP430F2001 , MSP430F2002 , MSP430F2003 , MSP430F2011 , MSP430F2012 , MSP430F2013 , MSP430F2013-EP , MSP430F2101 , MSP430F2111 , MSP430F2112 , MSP430F2121 , MSP430F2122 , MSP430F2131 , MSP430F2132 , MSP430F2232 , MSP430F2234 , MSP430F2252 , MSP430F2254 , MSP430F2272 , MSP430F2274 , MSP430F233 , MSP430F2330 , MSP430F235 , MSP430F2350 , 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  1.   商标
  2. 1ESD 二极管在下电上电期间的重要副作用
  3. 2规格简介和说明
  4. 3应用设计注意事项
    1. 3.1 正确电源电路的注意事项
      1. 3.1.1 具有良好灌电流能力的电源
      2. 3.1.2 具有受限灌电流能力的电源
      3. 3.1.3 双向电源
    2. 3.2 替代解决方案
      1. 3.2.1 齐纳二极管
      2. 3.2.2 并联稳压器
  5. 4ESD 二极管电流和 I/O 输出驱动能力的相关阐释
  6. 5结论
  7. 6参考文献
  8.   修订历史记录

3 应用设计注意事项

在应用开发过程中考虑器件数据表中的 ESD 二极管电流规格时，首先要分析连接到 GPIO 引脚的信号是否会超过实际电源。模拟传感器的输出就是一个例子，它可能会在较长时间内（数毫秒）超过 MSP MCU 电源。在这种情况下，必须定义或评估 MSP MCU 能够达到的最大电压电平，并且必须开发电流保护机制。为了防止超过允许水平的大电流对 MSP 微控制器的 ESD 结构造成永久性损坏，这种保护机制很重要。此类保护还可以防止由通过 ESD 二极管引入的能量造成的使电源电压增加这一继发效应。

大多数情况下，电流限制可以通过简单的串联电阻来实现，该电阻大小根据最大预期电流来确定。但是，在某些情况下，这可能无法满足可靠的可用应用所有方面的要求。即使满足 ESD 二极管的电流限制规格，MSP 微控制器的电源仍可能受到干扰。这是因为 ESD 结构将电流拉到 MSP MCU 的电源轨，只要有电流流动，就会提升电源电压。如果连接到 MSP MCU 的电源无法灌入电流，那么随着时间的推移，可能会超出 MSP MCU 的最大 DVCC 规格。这种高电源电压会造成永久性损坏，从而导致器件故障或高电流消耗。高电源电压还会引起磨损效应，随着时间的推移导致功能和参数故障。

电源电压升高的原理可以用 I/O 原理图来解释（请参阅图 3-1）。当施加过压时，外部串联电阻器 R1 和 R2 限制了流经 ESD 二极管 D1 和 D2 的电流。保护 CMOS 器件免受这种过压影响是内部 ESD 二极管的基本作用。假设通过二极管的连续电流额定值为 ±2mA，则不会发生物理损坏。同时，最大 ±2mA 的电流通过 ESD 二极管流向电源电位，并通过提供“额外”电流来提高电位。如果这个“额外”电流大于连接到电源的负载所消耗的电流，则电压会增加。如果有多个 GPIO 向电源增加电流，则必须考虑流经所有保护二极管增加到 VCC 电位的“额外”电流的总和。图 3-1 显示了这种情况，这时两个 GPIO 同时出现过压。如果电流总和超过已连接至 VCC 的整个系统的最大消耗电流，则必须考虑引入额外的保护机制。整个系统由具有灌电流能力的电源架构本身定义，但也由微控制器和连接到微控制器的负载定义。如果微控制器在工作模式下运行并驱动着一些 LED，则可能会消耗在过压状况下 ESD 二极管提供的能量。但是，如果微控制器处于低功耗模式且仅消耗几纳安电流，则由于存在来自 ESD 二极管的额外电流，电源电压将增加。

GUID-936B8C30-7A0D-4800-ACFD-B42FF31A4E26-low.png图 3-1 过压状况下的 I/O 原理示意图

如果对 GPIO 施加低于 VSS 的电压，则类似的原理适用；但是，电流会流经 D2 和 D4。这种情况会对器件接地造成不利影响，具体取决于电源的能力。

为了消除对电源电压和接地的这种不利影响，TI 建议根据应用要求选择理想的稳压器。除了外形尺寸、性能参数、成本和功耗，还必须考虑对整个系统的影响。Topic Link Label3.1 说明了具有良好灌电流能力的稳压器电路的优缺点，还列出了防止电源加大影响的替代解决方案。

如果器件断电且未向 VCC 施加电压，则会出现与过压情况类似的影响。在这种情况下，大于 0.3V 的电压会导致通过 ESD 二极管反向供电。Topic Link Label1 提供了关于此场景的更多详细信息。

警告：

在电池供电应用中，因 I/O 引脚过压而产生的电源电压提升效应会导致电池爆炸或燃烧。