-5V 이전에 + 12V를 연결하면 인텔 8080 칩이 파손되는 이유는 무엇입니까?

Intel 8080은 1974 년에 출시 된 향상 모드 NMOS 프로세스를 사용하여 제조 된 클래식 마이크로 프로세서이며, 2 상 클록 요구 사항 및 3 개의 전원 레일과 같은이 프로세스와 관련된 다양한 고유 특성을 보여줍니다. -5V, + 5V 및 + 12V

에서 전원 핀의 설명 위키 백과, 그것은 말한다

핀 2 : GND (V _SS )-접지

핀 11 : −5 V (V _BB )-−5 V 전원 공급 장치. 이 전원은 첫 번째 전원 공급원이고 마지막 연결이 끊어 졌어 야합니다. 그렇지 않으면 프로세서가 손상됩니다.

핀 20 : +5 V (V _CC )-+ 5 V 전원 공급 장치.

핀 28 : + 12V (V _DD )-+ 12V 전원 공급 장치. 이것은 마지막으로 연결되어 있고 처음 연결이 끊어진 전원이어야합니다.

원본 데이터 시트 를 상호 참조 했지만 정보가 약간 모순됩니다.

절대 최대 값 :

V _BB (-5V )에 대한 V _CC (+ 5V), V _DD (+ 12V) 및 V _SS (GND ) : -0.3V ~ + 20V

V _BB 가 연결되지 않은 상태에서 0V 인 경우에도 V _DD 는 + 17V가되며 절대 최대 값을 초과해서는 안됩니다. Wikipedia에서 -5V 이전에 + 12V를 연결하면 Intel 8080 칩이 손상되었다고 주장한 것입니까?

올바른 경우이 작업을 수행하면 정확한 실패 메커니즘은 무엇입니까? -5V없이 + 12V를 먼저 적용하면 칩이 파손되는 이유는 무엇입니까? 향상 모드 NMOS 프로세스와 관련이 있다고 생각하지만 반도체 작동 방식을 모르겠습니다.

전원 공급 장치가 인텔 8080 내부에서 어떻게 구현되는지 설명 할 수 있습니까? 비슷한 프로세스를 사용하여 같은 시대에 다른 칩들 사이에 문제가 있었습니까?

또한 Intel 8080 용 전원 공급 장치를 설계해야하는 경우 3 개의 전압 조정기를 사용하여 + 5V 이전에 + 12V 레일이 증가하면 칩 손상을 방지하려면 어떻게해야합니까?

8080에 사용 된 프로세스에서 +12는 로직의 기본 전압, I / O 핀 로직의 +5 공급 전압 (TTL 호환 가능, 따라서 0-> 5 볼트 신호로 제한됨)을 제공했으며- 5는 기판에 연결되었다. 후자의 전압은 IC상의 모든 능동 소자들이 공통 실리콘 기판으로부터 분리 된 PN 접합에 역 바이어스를 유지함으로써 분리 된 상태를 유지하도록 보장했다.

I / O 신호가 기판 전압보다 "낮은"상태가되면 절연 접합을 SCR과 유사한 래치 업 상태로 유도하여 연속적인 높은 전류로 인해 장치가 손상 될 수 있습니다. 세 가지 전원 전압을 켜고 끄는 데 필요한 순서는이 위험을 최소화하기위한 것입니다.

이전 답변에서 올바르게 지적했듯이 실제로 시스템 설계자는이 요구 사항으로 빠르고 느슨하게 달렸습니다. 기본적으로 가장 중요한 것은 CPU를 구동하는 동일한 +5 전원으로 나머지 시스템 로직에 전원을 공급하여 CPU 입력 핀에 적용되는 전압이 CPU "+5"전원보다 크지 않도록하는 것입니다. "+12"공급 장치가 항상 "+5 공급 장치보다 크거나 같은지 확인하기 위해 쇼트 키 전원 다이오드를 이러한 전압 사이에 연결하여 예를 들어 전원이 꺼지는 동안의 관계.

일반적으로, 3 개의 전원 공급 장치에 대한 전해 필터 캡 값은 -5와 +12가 상당히 빠르게 증가하고 +5가 조금 뒤쳐 지도록 선택되었습니다.

MOS 공정 개선을 통해 이후 IC 설계에 +5만으로 전력을 공급할 수 있었고, 음의 기판 전압이 필요한 경우 소형 차지 펌프 회로에 의해 온칩으로 생성되었다. (예 : 2516 EPROM 대 2508, 8085 CPU 대 8080)

완전한 대답은 없지만 8080은 4004, 4040 및 8008 칩의 PMOS 프로세스보다는 NMOS 프로세스를 사용하는 인텔 최초의 칩 중 하나였습니다. NMOS에서 기판은 다른 회로 요소의 절연 접점이 올바르게 역 바이어스되도록하기 위해 전체 회로에서 가장 부정적인 지점이되어야합니다.

따라서 -5V 공급이 무엇보다도 기판에 직접 연결되어 있고이 바이어스없이 다른 전압이 공급되는 경우 칩을 통해 모든 종류의 의도하지 않은 전도 경로가 있으며이 중 많은 것이 걸쇠와 자기 파괴.

마지막 질문에 답하기 위해 전원 공급 장치에 설계 상 올바른 시퀀싱이없는 경우 별도의 시퀀서 (다른 전압이 칩에 도달하기 전에 -5V 공급 장치가 있어야하는 회로)가 필요합니다.

귀하의 질문에 대한 의견을 반영하기 위해 실제 8080 기반 시스템에서 특별한주의를 기울이지 않습니다.

그러나 이러한 시스템은 일반적으로 변압기 권선과 브리지 정류기에서 구동되는 ± 5V 및 ± 12V (직렬 인터페이스에 -12V가 사용됨)의 두 쌍의 전원 공급 장치 4 개 또는보다 정확하게는 2 개의 전원 공급 장치로 구축되었습니다. . 5V 전원 공급 장치가 12V 전원 공급 장치보다 먼저 등장한 것은 당연한 일이었으며,이 두 가지 중 -5V는 + 5V보다 빠르며 부하가 훨씬 적습니다.

따라서 전원 공급 장치는 시퀀싱 측면에서 "정상 작동"했거나 데이터 시트 작성자가 생각하는 것만 큼 위험하지는 않았습니다.

Intel 8080 용 전원 공급 장치를 설계해야하는 경우 3 개의 전압 조정기를 사용하여 + 5v 이전에 + 12v 레일이 증가하면 칩 손상을 방지하려면 어떻게해야합니까?

약간의주의를 기울이면 그러한 상황을 피할 수 있어야합니다. CPU는 -5V에서 매우 적은 전류를 소비하므로 대형 필터 커패시터를 사용하면 자연스럽게 빠르게 올라가고 천천히 내려갑니다.

조정되지 않은 전압을 낮추면 '헤드 룸'이 적고 전류 소모에 비해 커패시턴스가 낮아져 + 12V가 느려져서 더 빠르게 떨어질 수 있습니다. 블 리더 저항을 사용하면 낮은 부하에서도 전압이 충분히 빠르게 떨어질 수 있습니다.

Altair 8800 의 전원 공급 장치를 시뮬레이션했습니다 . 모든 공급 전압은 스위치가 켜진 후 4ms 이내에 거의 함께 상승했습니다. 스위치를 끄면 + 12V 전원이 먼저 떨어졌다가 + 5V 전원이 공급 된 다음 -5V 전원이 공급됩니다.

스위치를 켤 때의 첫 번째 메인 사이클은 다음과 같습니다.

다음은 60 주주기 후에 꺼진 스위치입니다.

Altair의 -5V 회로는 다음과 같습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

높은 조정되지 않은 DC ​​전압 (5V 기준), 큰 필터 커패시턴스 및 경부 하의 조합은 빠른 상승 시간과 느린 하강 시간을 제공합니다.

Altair의 + 12V 전원 공급 장치는 비슷한 회로를 사용하지만 12V는 16V보다 훨씬 작지 않으므로 전압이 12V 미만으로 더 빨리 떨어집니다 (+ 12V 전원 공급 장치에서 더 높은 전류 소모로 인해 도움이 됨).