为了将像CPU这样的微型集成电路世界与外界连接起来，必须建立许多物理连接。虽然这看似简单，但这些I/O焊盘会对芯片的功能和完整性构成重大风险，例如静电放电 (ESD)、一种称为闩锁的短路以及噪声等因素造成的亚稳态。保护精密的ASIC免受残酷的外界影响是I/O电路的任务， [Ken Shirriff]最近深入研究了英特尔386 CPU中的I/O电路。
386芯片，部分焊盘电路放大图。（图片来源：Ken Shirriff）
386 总共有 141 个 I/O 焊盘，每个焊盘都通过一根精致的金线连接到封装上的引脚。ESD 是潜在风险中的第一大风险，因为高压浪涌可能会在电路上炸出一个洞。上面的芯片照片中可以看到保护电路，其中包括钳位二极管、限流电阻和第三个二极管。
闩锁效应是第二个主要问题，它是由PMOS晶体管和NMOS晶体管下方意外产生的寄生结构引起的。这些寄生晶体管通常处于非激活状态，但如果被激活，则会引起闩锁效应，在最好的情况下会导致瞬时故障，而在最坏的情况下，大电流会熔化芯片的一部分。
为了防止输入/输出引脚触发闩锁效应，386 处理器采用了“保护环”来阻断不必要的电流。最后，还有亚稳态效应，顾名思义，它并不一定有害，但会严重干扰芯片的运行，因为芯片需要的是干净的二进制信号。386 处理器上每个输入/输出引脚使用两个触发器，主要是为了解决这个问题。
尽管以今天的标准来看，1985 年生产的 386 电路非常不成熟，但它仍然无法抵御这些外部影响，这清楚地表明这些保护措施对于当今特征尺寸小得多的 ASIC 来说是多么重要。
原文： https://hackaday.com/2025/08/21/how-intels-386-protects-itself-from-esd-latch-up-and-metastability/