為什么還沒(méi)上電芯片就燒了？0.4A的“幽靈電流”炸出新人的死穴？

作為一名摸爬滾打多年的硬件老鳥(niǎo)，今天不得不掛一個(gè)典型案例。 上午學(xué)弟拿來(lái)一個(gè)WL01渦流傳感器模塊要退貨，說(shuō)是壞的。一上電，5V電壓下電流直接飆到0.4A，發(fā)熱嚴(yán)重，芯片燙得能煎雞蛋！

還沒(méi)開(kāi)始測(cè)渦流，板子先成了“暖手寶”。是模塊質(zhì)量太差？還是玄學(xué)問(wèn)題？ 我一把攔住準(zhǔn)備退貨的學(xué)弟：“別急著甩鍋，先查查你怎么用的。”

這一查，還真查出了教科書(shū)級(jí)別的錯(cuò)誤操作。 我看了一眼他的連接方式，發(fā)現(xiàn)幾個(gè)致命疑點(diǎn)：

供電分離：模塊由外部電源供電，輸出端接STM32單片機(jī)的PA0引腳。

引腳懸空電壓：PA0口雖然設(shè)為模擬輸入，但在懸空狀態(tài)下竟然存在1.2V左右的電壓。

致命的時(shí)序：這才是最騷的操作——電源還沒(méi)給模塊上電，輸出端就已經(jīng)插在了帶電的STM32引腳上了。

很多人覺(jué)得：“這有啥？不就是沒(méi)供電嗎，沒(méi)電不就是斷路嗎？” ?大錯(cuò)特錯(cuò)！在模擬電路的世界里，沒(méi)上電 ≠ 斷路。

為了講清楚這個(gè)原理，我們必須把芯片“剖”開(kāi)看。 大家看下面這張圖，這是去年我自己設(shè)計(jì)的運(yùn)放（與本次事故運(yùn)放結(jié)構(gòu)相似）。請(qǐng)注意看輸出級(jí)，它是推挽輸出的三極管結(jié)構(gòu)。為了保護(hù)電路，外部通常會(huì)串聯(lián)二極管到正負(fù)電源。

圖片來(lái)源：實(shí)在太懶不想取名

看懂了嗎？當(dāng)模塊還沒(méi)上電（VCC=0V）時(shí)，芯片內(nèi)部究竟發(fā)生了什么？ 我們拿萬(wàn)用表實(shí)測(cè)一下。當(dāng)學(xué)生電源接入但不開(kāi)啟時(shí)，用萬(wàn)用表通斷檔測(cè)量，你會(huì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部竟然是導(dǎo)通的！

譯中...

再看讀數(shù)：0.713V。

這熟悉的壓降，毫無(wú)疑問(wèn)，就是二極管導(dǎo)通了。這意味著，當(dāng)你的模塊沒(méi)上電時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)等效于下面這張圖：

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這時(shí)候，災(zāi)難發(fā)生了。 如果你將輸出端接入單片機(jī)，而單片機(jī)IO口上存在高于導(dǎo)通壓降的電壓（比如那1.2V），就會(huì)導(dǎo)致二極管導(dǎo)通！ 此時(shí)，外部電流順著STM32的引腳，倒灌進(jìn)運(yùn)放的輸出端。看下仿真結(jié)果，電流高達(dá)314mA！。

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這0.4A的電流根本不是在工作，而是在瘋狂加熱內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果不先供電再接信號(hào)，芯片分分鐘就會(huì)燒毀。

問(wèn)題找到了，怎么解決？ 靠“規(guī)范操作”？告訴用戶“必須先開(kāi)電源再接線”？ 不，好的硬件設(shè)計(jì)必須考慮容錯(cuò)性。我們可以在運(yùn)放的輸入和輸出端添加電阻。

圖片來(lái)源：實(shí)在太懶不想取名

加這個(gè)電阻（例如跟隨器用相同電阻，放大器用并聯(lián)值）有兩個(gè)巨大好處：

1. 限流保護(hù)：有效抑制輸入電流，防止倒灌燒毀芯片。
2. 抗干擾：防止外部電壓亂竄或靜電擊穿。

把原理講透后，我批評(píng)了學(xué)弟一通。 無(wú)論是用模塊還是畫(huà)芯片，出現(xiàn)問(wèn)題并不可怕。可怕的是出了問(wèn)題就逃避，就把鍋甩給模塊。

從自身出發(fā)，對(duì)問(wèn)題尋根問(wèn)底，才能避免下一次炸機(jī)。這才是硬件工程師正確的成長(zhǎng)道路。