当开关或多路复用器输入来自远程信号源时，发生故障的可能性很大，而模拟开关和多路复用器通常是最容易面临各种故障条件的电子元件。当然，故障状况出现的原因也各不相同，先来一张表，列出一些最为常见的系统故障及其实际来源↓↓↓
虽然有些故障可能无法避免，但，我们要知道，无论故障的来源是什么，更为重要的是如何处理其产生的影响。跟着小编的步伐往下看，针对过压、闩锁和ESD三种故障，我们提出的最佳、最常见处理方法又是什么呢？
过压
当模拟或数字输入超过绝对最大额定值时，即会出现过压状况。举三个栗子，说说在使用模拟开关时应考虑到的一些常见问题。
1.电源缺失且模拟输入端存在信号
在某些应用中，在模块的电源缺失时，来自远程位置的输入信号可能依然存在。当电源缺失时，供电轨可能会变为地，或者一个或多个供电轨可能悬空。如果电源变为地，输入信号可使内部二极管呈正偏，因而开关输入端的电流将流向地，这时如果电流未受限制，则会损坏该二极管。（图1）
图1. 故障路径
如果失电导致电源悬空，输入信号可以通过内部二极管给器件供电。因此，开关（可能还有采用其 VDD电源供电的任何其他器件）可能会上电。
2.模拟输入端的过压状况
当模拟信号超过电源电压（VDD 和 VSS）时，电源被拉至故障信号的二极管压降范围内。内部二极管转为正向偏置，电流从输入信号流至电源。过压信号还可流过开关并损坏下游器件。通过考虑P沟道FET的情况就可以明白这点（图2）。
图2. FET开关
栅极-源极电压为负值时，P沟道FET才可接通。当开关栅极等于VDD时，栅极-源极电压为正值，因此开关断开。在未加电电路中，当开关栅极等于0 V或输入信号超过 VDD时，栅极-源极电压现在为负值，因此信号将流过该开关。
3.向采用单电源供电的开关施加双极性信号
这种情况类似于前文所述的过压状况。当输入信号降至地以下，从而导致信号输入端和地之间的二极管呈正偏并开始传导电流时，就会发生该故障。当向开关输入端施加偏置0 V DC的交流信号时，对于输入波形负半周的某一部分，寄生二极管可能呈正偏。如果输入正弦波降至约–0.6 V以下，就会发生这种情况，那时二极管将导通并对输入信号进行削波，如图3所示。
图3. 削波
处理过压状况的最佳方式是什么？
上述三个示栗子都是模拟输入超过电源（VDD， VSS或GND）所导致的结果。针对这些状况的简单保护方法包括添加外部电阻、对电源添加肖特基二极管和在电源上添加阻断二极管。
》》》》添加外部电阻
限流电阻可以串联在开关通路和外部电路之间（图4）。该电阻必须足够大，以便将电流限制在约30 mA（或绝对最大额定值所规定的大小）。明显缺点是每个沟道的RON有所增加（∆RON），因而最终导致总体系统误差增加。另外，对于采用多路复用器的应用，关断通道外部电路上的故障会出现在漏极处，从而导致其他沟道产生误差。
图4. 电阻二极管保护网络
》》》》 对电源添加肖特基二极管肖特基二极管连接在模拟输入端和电源之间，可以提供保护，但是会造成漏电流和电容的增大。
这些二极管可以防止输入信号超过电源电压0.3 V至0.4 V以上，从而确保内部二极管不会变成正向偏置，因而也就不会产生导通电流。籍由肖特基二极管转移电流可以起到保护器件的作用，但必须小心不要让外部器件受到过应力。
》》》》在电源上添加阻断二极管
与电源串联阻断二极管（图5），从而阻断流过内部二极管的电流。输入端上的故障导致电源悬空，而最大正负输入信号成为电源。只要电源未超过工艺的绝对最大额定值，器件应该都可以耐受故障。这种方法的缺点是受电源上的二极管影响而导致模拟信号范围有所缩小。此外，施加于输入端的信号可能通过器件并影响下游电路。
图5. 与电源串联的阻断二极管
这些保护方法虽然各有优点和缺点，但都需要外部器件、占用额外电路板空间并带来额外成本。在高通道数应用中，这点可能显得尤为突出。要消除外部保护电路，建议您寻求可耐受这些故障的集成保护解决方案。ADI提供有多种集成有断电、过压和负信号保护功能的开关/多路复用器系列器件，例如具有关断保护功能的±5V/+12V四通道SPST开关［url=］ADG4612［/url］ 和 ［url=］ADG4613［/url］。
闩锁可以定义为因触发寄生器件而在供电轨之间构建出低阻抗路径。
闩锁发生CMOS器件中：本征寄生器件构成PNPN SCR结构，当两个寄生基极-发射极之一瞬态发生正向偏置时就发生闩锁（图6）。而SCR导通则导致电源之间持续短路。触发闩锁状况的后果非常严重：在“最好”情况下，它会导致器件出现故障，需要上电周期来将器件恢复到正常工作模式；在最差情况下，如果电流未受到限制，器件（还有电源）会受到破坏。
图6. 寄生SCR结果：a） 器件 b） 等效电路
过压也是触发闩锁状况的常见原因。如果模拟或数字输入端的信号超过电源电压，寄生晶体管即会导通。该晶体管的集电极电流会造成第二个寄生晶体管的基极发射极上出现电压降低，而使第二个晶体管导通，导致电源之间出现自持续路径。图6（b）清楚地显示了Q1和Q2之间形成的SCR电路结构。
这类事件段时间就可以触发闩锁。短暂的瞬变、尖峰或ESD事件可能就足以导致器件进入闩锁状态。
此外，如果电源电压超过器件的绝对最大额定值，则可导致内部PN结击穿并触发SCR；另外一种触发机制是当电源电压升至足以击穿一个内部PN结并向SCR注入电流。
处理闩锁状况的最佳方式是什么？针对闩锁的保护方法包括推荐用于解决过压状况的相同保护方法。
通过在信号路径中添加限流电阻、对电源添加肖特基二极管以及在电源上串联二极管（如图4和图5中所示），这些都可帮助阻止电流流过寄生晶体管，从而防止SCR的触发。
具有多个电源时，开关可能还存在上电时序问题，处理不当就可能超过其绝对最大额定值。不恰当的上电时序可导致内部二极管导通并触发闩锁。通过在电源之间连接外部肖特基二极管，可确保当开关上施加有多个电源时，VDD始终位于这些电源的二极管压降（对于肖特基二极管，为0.3 V）范围内，从而防止违背最大额定值，因而可有效防止出现SCR传导。
作为外部保护电路的备选方案，一些IC采用外延层工艺制造，该工艺可增加SCR结构中的衬底和N井之间的电阻。电阻增加意味着，遇到更恶劣的应力才会触发SCR，从而使器件比较不容易受到闩锁影响。ADI的iCMOS® 工艺就是一个例子，该工艺催生了 ［url=］ADG121x［/url］， ［url=］ADG141x［/url］ 和 ［url=］ADG161x［/url］开关/多路复用器系列。
ESD—静电放电
通常来说，ESD是器件上一种最为常见的电压瞬变现象，具体定义为“带有不同电势差的两个物体之间发生的单次快速高电流静电电荷转移。这种现象非常常见：当我们从地毯等绝缘表面上走过时，电荷即会不断积累，之后如果接触设备的接地部分，即会通过设备产生瞬间的高电流放电。
ESD事件产生的高压和高峰值电流会损坏IC。其对模拟开关的影响包括可靠性随时间推移而降低、开关性能下降、沟道漏电流增加或器件完全失效。在IC生命周期的任何阶段中，无论从制造到测试，还是在搬运、OEM用户和最终用户操作过程中，都可能会发生ESD事件。
处理ESD事件的最佳方式是什么？
在生产、组装和储存过程中，可以采用维持静电安全工作区域等ESD防护方法来避免累计任何电荷。
这类环境及其中的工作人员通常可以进行仔细控制，但之后器件所用于的环境可能就无从加以控制。
模拟开关ESD保护电路通常采用在模拟及数字输入端和源极之间放置二极管的形式，而电源保护电路也是采用在源极之间放置二极管的形式，如图7所示。
图7. 模拟开关ESD保护电路
保护二极管可以将电压瞬变箝位并将电流导向源极。这类保护器件的缺点是它们会在正常工作时向信号路径中增加电容和漏电流，而这点可能是有些应用中所不希望的。
对于需要更强ESD事件保护的应用，通常可以采用齐纳二极管、金属氧化物压敏电阻（MOV）、瞬态电压抑制器（TVS）和二极管等分立器件。不过，这些器件会在信号线路上造成电容和漏电流增加，因此可能导致信号完整性问题；这意味着设计人员需要仔细考量，并在性能和可靠性之间进行权衡。
ADI公司的大多数开关/多路复用器产品都满足至少±2 kV的HBM水平要求，有些器件在性能方面更进一步，HBM额定值高达±8 kV。［url=］ADG541x［/url］系列器件的HBM指标为±8-kV、FICDM指标为±1.5-kV和MM指标为±400-V，实现高压性能和高ESD防护性能的完美结合，是业界当之无愧的领军产品。
读完本文，再遇到过压、闩锁和ESD三种故障时，您知道该怎么处理吧~
当开关或多路复用器输入来自远程信号源时，发生故障的可能性很大，而模拟开关和多路复用器通常是最容易面临各种故障条件的电子元件。当然，故障状况出现的原因也各不相同，先来一张表，列出一些最为常见的系统故障及其实际来源↓↓↓
虽然有些故障可能无法避免，但，我们要知道，无论故障的来源是什么，更为重要的是如何处理其产生的影响。跟着小编的步伐往下看，针对过压、闩锁和ESD三种故障，我们提出的最佳、最常见处理方法又是什么呢？
过压
当模拟或数字输入超过绝对最大额定值时，即会出现过压状况。举三个栗子，说说在使用模拟开关时应考虑到的一些常见问题。
1.电源缺失且模拟输入端存在信号
在某些应用中，在模块的电源缺失时，来自远程位置的输入信号可能依然存在。当电源缺失时，供电轨可能会变为地，或者一个或多个供电轨可能悬空。如果电源变为地，输入信号可使内部二极管呈正偏，因而开关输入端的电流将流向地，这时如果电流未受限制，则会损坏该二极管。（图1）
图1. 故障路径
如果失电导致电源悬空，输入信号可以通过内部二极管给器件供电。因此，开关（可能还有采用其 VDD电源供电的任何其他器件）可能会上电。
2.模拟输入端的过压状况
当模拟信号超过电源电压（VDD 和 VSS）时，电源被拉至故障信号的二极管压降范围内。内部二极管转为正向偏置，电流从输入信号流至电源。过压信号还可流过开关并损坏下游器件。通过考虑P沟道FET的情况就可以明白这点（图2）。
图2. FET开关
栅极-源极电压为负值时，P沟道FET才可接通。当开关栅极等于VDD时，栅极-源极电压为正值，因此开关断开。在未加电电路中，当开关栅极等于0 V或输入信号超过 VDD时，栅极-源极电压现在为负值，因此信号将流过该开关。
3.向采用单电源供电的开关施加双极性信号
这种情况类似于前文所述的过压状况。当输入信号降至地以下，从而导致信号输入端和地之间的二极管呈正偏并开始传导电流时，就会发生该故障。当向开关输入端施加偏置0 V DC的交流信号时，对于输入波形负半周的某一部分，寄生二极管可能呈正偏。如果输入正弦波降至约–0.6 V以下，就会发生这种情况，那时二极管将导通并对输入信号进行削波，如图3所示。
图3. 削波
处理过压状况的最佳方式是什么？
上述三个示栗子都是模拟输入超过电源（VDD， VSS或GND）所导致的结果。针对这些状况的简单保护方法包括添加外部电阻、对电源添加肖特基二极管和在电源上添加阻断二极管。
》》》》添加外部电阻
限流电阻可以串联在开关通路和外部电路之间（图4）。该电阻必须足够大，以便将电流限制在约30 mA（或绝对最大额定值所规定的大小）。明显缺点是每个沟道的RON有所增加（∆RON），因而最终导致总体系统误差增加。另外，对于采用多路复用器的应用，关断通道外部电路上的故障会出现在漏极处，从而导致其他沟道产生误差。
图4. 电阻二极管保护网络
》》》》 对电源添加肖特基二极管肖特基二极管连接在模拟输入端和电源之间，可以提供保护，但是会造成漏电流和电容的增大。
这些二极管可以防止输入信号超过电源电压0.3 V至0.4 V以上，从而确保内部二极管不会变成正向偏置，因而也就不会产生导通电流。籍由肖特基二极管转移电流可以起到保护器件的作用，但必须小心不要让外部器件受到过应力。
》》》》在电源上添加阻断二极管
与电源串联阻断二极管（图5），从而阻断流过内部二极管的电流。输入端上的故障导致电源悬空，而最大正负输入信号成为电源。只要电源未超过工艺的绝对最大额定值，器件应该都可以耐受故障。这种方法的缺点是受电源上的二极管影响而导致模拟信号范围有所缩小。此外，施加于输入端的信号可能通过器件并影响下游电路。
图5. 与电源串联的阻断二极管
这些保护方法虽然各有优点和缺点，但都需要外部器件、占用额外电路板空间并带来额外成本。在高通道数应用中，这点可能显得尤为突出。要消除外部保护电路，建议您寻求可耐受这些故障的集成保护解决方案。ADI提供有多种集成有断电、过压和负信号保护功能的开关/多路复用器系列器件，例如具有关断保护功能的±5V/+12V四通道SPST开关［url=］ADG4612［/url］ 和 ［url=］ADG4613［/url］。
闩锁可以定义为因触发寄生器件而在供电轨之间构建出低阻抗路径。
闩锁发生CMOS器件中：本征寄生器件构成PNPN SCR结构，当两个寄生基极-发射极之一瞬态发生正向偏置时就发生闩锁（图6）。而SCR导通则导致电源之间持续短路。触发闩锁状况的后果非常严重：在“最好”情况下，它会导致器件出现故障，需要上电周期来将器件恢复到正常工作模式；在最差情况下，如果电流未受到限制，器件（还有电源）会受到破坏。
图6. 寄生SCR结果：a） 器件 b） 等效电路
过压也是触发闩锁状况的常见原因。如果模拟或数字输入端的信号超过电源电压，寄生晶体管即会导通。该晶体管的集电极电流会造成第二个寄生晶体管的基极发射极上出现电压降低，而使第二个晶体管导通，导致电源之间出现自持续路径。图6（b）清楚地显示了Q1和Q2之间形成的SCR电路结构。
这类事件段时间就可以触发闩锁。短暂的瞬变、尖峰或ESD事件可能就足以导致器件进入闩锁状态。
此外，如果电源电压超过器件的绝对最大额定值，则可导致内部PN结击穿并触发SCR；另外一种触发机制是当电源电压升至足以击穿一个内部PN结并向SCR注入电流。
处理闩锁状况的最佳方式是什么？针对闩锁的保护方法包括推荐用于解决过压状况的相同保护方法。
通过在信号路径中添加限流电阻、对电源添加肖特基二极管以及在电源上串联二极管（如图4和图5中所示），这些都可帮助阻止电流流过寄生晶体管，从而防止SCR的触发。
具有多个电源时，开关可能还存在上电时序问题，处理不当就可能超过其绝对最大额定值。不恰当的上电时序可导致内部二极管导通并触发闩锁。通过在电源之间连接外部肖特基二极管，可确保当开关上施加有多个电源时，VDD始终位于这些电源的二极管压降（对于肖特基二极管，为0.3 V）范围内，从而防止违背最大额定值，因而可有效防止出现SCR传导。
作为外部保护电路的备选方案，一些IC采用外延层工艺制造，该工艺可增加SCR结构中的衬底和N井之间的电阻。电阻增加意味着，遇到更恶劣的应力才会触发SCR，从而使器件比较不容易受到闩锁影响。ADI的iCMOS® 工艺就是一个例子，该工艺催生了 ［url=］ADG121x［/url］， ［url=］ADG141x［/url］ 和 ［url=］ADG161x［/url］开关/多路复用器系列。
ESD—静电放电
通常来说，ESD是器件上一种最为常见的电压瞬变现象，具体定义为“带有不同电势差的两个物体之间发生的单次快速高电流静电电荷转移。这种现象非常常见：当我们从地毯等绝缘表面上走过时，电荷即会不断积累，之后如果接触设备的接地部分，即会通过设备产生瞬间的高电流放电。
ESD事件产生的高压和高峰值电流会损坏IC。其对模拟开关的影响包括可靠性随时间推移而降低、开关性能下降、沟道漏电流增加或器件完全失效。在IC生命周期的任何阶段中，无论从制造到测试，还是在搬运、OEM用户和最终用户操作过程中，都可能会发生ESD事件。
处理ESD事件的最佳方式是什么？
在生产、组装和储存过程中，可以采用维持静电安全工作区域等ESD防护方法来避免累计任何电荷。
这类环境及其中的工作人员通常可以进行仔细控制，但之后器件所用于的环境可能就无从加以控制。
模拟开关ESD保护电路通常采用在模拟及数字输入端和源极之间放置二极管的形式，而电源保护电路也是采用在源极之间放置二极管的形式，如图7所示。
图7. 模拟开关ESD保护电路
保护二极管可以将电压瞬变箝位并将电流导向源极。这类保护器件的缺点是它们会在正常工作时向信号路径中增加电容和漏电流，而这点可能是有些应用中所不希望的。
对于需要更强ESD事件保护的应用，通常可以采用齐纳二极管、金属氧化物压敏电阻（MOV）、瞬态电压抑制器（TVS）和二极管等分立器件。不过，这些器件会在信号线路上造成电容和漏电流增加，因此可能导致信号完整性问题；这意味着设计人员需要仔细考量，并在性能和可靠性之间进行权衡。
ADI公司的大多数开关/多路复用器产品都满足至少±2 kV的HBM水平要求，有些器件在性能方面更进一步，HBM额定值高达±8 kV。［url=］ADG541x［/url］系列器件的HBM指标为±8-kV、FICDM指标为±1.5-kV和MM指标为±400-V，实现高压性能和高ESD防护性能的完美结合，是业界当之无愧的领军产品。
读完本文，再遇到过压、闩锁和ESD三种故障时，您知道该怎么处理吧~
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