【模拟IC】闩锁效应的概念,产生原因,工作过程及解决方案

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文章目录

  • 一、闩锁效应的概念及产生原因
  • 二、闩锁效应的等效电路和工作过程
  • 三、闩锁效应的解决办法
  • 总结


一、闩锁效应的概念及产生原因

闩锁效应指的是在CMOS工艺制作的芯片中,寄生三极管与寄生体电阻形成的电路,在一定条件下,会导致电源与地之间产生大电流,可能会永久损坏芯片。可以由图一看出,在同时具有NMOS和PMOS管时,P区和N区就有条件形成寄生的NPN和PNP三极管,红色区域就是一个闩锁效应的电路。

闩锁效应的触发条件一般是电源或是地线突然来一个大电流脉冲。比如房间里面别的感性上电瞬间(有的电源前面是有变压器的,当你给他上电的时候,可能会对交流电有电压上的脉冲干扰);静电;电源电压的波动(热拔插)。
【模拟IC】闩锁效应的概念,产生原因,工作过程及解决方案_第1张图片
图一 闩锁效应的产生

二、闩锁效应的等效电路和工作过程

我们可以把闩锁效应的电路等效成图二。
【模拟IC】闩锁效应的概念,产生原因,工作过程及解决方案_第2张图片
它的工作过程如下:
电路要想导通,必须使得R1的电压PNP的PN结导通。如图三所示,
(1)当电源来了个电流,使得R1的压降为0.7V(假设PN结的导通电压为0.7V),此时PNP导通。
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图三 工作过程1

(2)此时有一个I2流过R2,使得NPN导通。
【模拟IC】闩锁效应的概念,产生原因,工作过程及解决方案_第4张图片
图三 工作过程 2

(3)NPN管导通,使得有大电流流过R1,使得PNP管进一步导通,使得R2又产生一个大电流,使得NPN管进一步导通,最后形成一个正反馈,如图四所示。
【模拟IC】闩锁效应的概念,产生原因,工作过程及解决方案_第5张图片
图四 闩锁效应的正反馈过程


三、闩锁效应的解决办法

我们了解了闩锁效应的工作过程,我们可以得到以下解决思路,第一,降低体电阻阻值,使得电阻无法让三极管导通。第二,切断或减少寄生三极管间的联系。
闩锁效应有以下解决方案:
(1) 使用GUARD RING (p+ 环包围NMOS良好接地,N+ 环包围PMOS并接VDD),降低体电阻的阻值,降低触发风险(note:为什么加了guard ring就可以降低体电阻啊?因为与psub的寄生电阻形成并联电阻了)。
(2) 如果有可能,NMOS可以远离PMOS(增大NPN的基区宽度,使环路增益小于1)。
(3) 衬底接触与阱接触一定要按照DRC规则做到距离管子源端最近。
(4) 可以在P管和N管之间用接电源的阱做隔离。
(5) 数字电路的版图设计尤其小心,门电路每次电平转换都会产生电流尖峰,GUARD RING 必须有!


总结

以上就是对闩锁效应的全部介绍,大家可以通过画版图来加深印象。你的点赞关注收藏是对作者最大的鼓励,谢谢!

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