將汽車IC中的閂鎖敏感度降至最低

　　對(duì)于半導(dǎo)體供應(yīng)商而言，要對(duì)汽車應(yīng)用的新IC設(shè)計(jì)進(jìn)行合格驗(yàn)證，通過閂鎖免疫性測(cè)試是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。芯片設(shè)計(jì)人員可能需要在裸片上增加關(guān)鍵晶體管的物理間隔，但實(shí)際上，此舉不會(huì)帶來任何明顯的好處，在某些情況下甚至還可能產(chǎn)生某些副作用。理解其原因以及如何預(yù)測(cè)閂鎖閾值，就可以應(yīng)用有效的布線技巧和保護(hù)結(jié)構(gòu)，滿足閂鎖免疫目標(biāo)的最佳實(shí)踐方法。

　　理解閂鎖

　　當(dāng)在兩個(gè)PNP和NPN雙極晶體管結(jié)構(gòu)之間創(chuàng)建一個(gè)寄生可控硅整流器(SCR)時(shí)，閂鎖問題可能就會(huì)出現(xiàn)，如圖1所示。在某些條件下，SCR能夠進(jìn)入陽極與陰極之間的自持續(xù)和低阻抗?fàn)顟B(tài)，要從這個(gè)狀態(tài)恢復(fù)是不可能的。

　　閂鎖的發(fā)生可以通過可控硅整流器進(jìn)入這種狀態(tài)時(shí)的主要特性參數(shù)來分析。這些特性參數(shù)包括觸發(fā)電壓(Vt1)、維持電流(Ih)和導(dǎo)通阻抗(Ron)。當(dāng) SCR陽極電壓到達(dá)VT1的值時(shí)，測(cè)量電壓會(huì)有突然且明顯的下降，并伴隨有電流浪涌。這就歸結(jié)到“驟回(snap back)”。如果消除激勵(lì)(stimulus)，電路可從這個(gè)狀態(tài)恢復(fù)，并返回至正常操作。另一方面，如果電流持續(xù)增加至高于Ih，器件就“閂鎖”。一旦閂鎖，電源會(huì)支持電流流入SCR，直至電源移除或器件損壞，該器件不會(huì)返回至正常操作狀態(tài)。

　　預(yù)測(cè)閂鎖閾值

　　寄生可控硅整流器的維持電流決定著IC的閂鎖閾值。預(yù)測(cè)這個(gè)閾值是確保最終芯片設(shè)計(jì)免疫性的第一步。首先，需要了解影響閾值的因素。實(shí)踐中，Ih幾乎完全由兩個(gè)寄生電阻的值確定；這兩個(gè)寄生電阻設(shè)定相應(yīng)雙極晶體管的偏置條件。可以視NMOS和PMOS晶體管之間的物理隔離對(duì)閂鎖免疫性沒有實(shí)際影響。實(shí)際上，布線錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)間距相隔1,000μm的器件之間發(fā)生閂鎖。

　　在圖2中，寄生電阻顯示為R1和R2。下面的例子詳述了導(dǎo)致閂鎖發(fā)生的事件序列，并顯示閂鎖閾值可以如何預(yù)測(cè)。就圖2而言：

　　 節(jié)點(diǎn)A(PMOS漏極)被迫至比Vsupply(節(jié)點(diǎn)B)更高的電位

　　 P-N結(jié)(A-B)將正向偏置，讓電流流經(jīng)N阱(N-well)

　　 如果外部能源(驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)A)能夠提供200 mA電流，R2必須小于3Ω，以防止縱向PNP晶體管激活

　　Vbe = Ifault * R2

　　0.6 = 200 mA * 3 Ω

　　 如果被激活，通過PNP晶體管流進(jìn)襯底的電流將驅(qū)動(dòng)電流流過R1(退出通道)

　　 如果R1的值大至能夠拓展出所需Vbe及可用電流，內(nèi)部正反饋將引發(fā)閂鎖

　　 使用R1、R2更實(shí)際的值25Ω和15Ω，預(yù)測(cè)下列閂鎖閾值：

　　0.6 = Ith1 * 25

　　0.6 = Ith2 * 15

　　Ith1 = 24 mA

　　Ith2 = 40 mA

　　 R1和R2的這些值預(yù)測(cè)總共達(dá)64mA 的閂鎖閾值(Ith1和Ith2為并行通道)

　　 很顯然，如果外部故障能夠提供200mA電流，R1和R2都必須小于6Ω以防止閂鎖

　　如果發(fā)生閂鎖，這種狀態(tài)可能持續(xù)，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)B(由電源驅(qū)動(dòng)至IC)由第二個(gè)PNP晶體管組成。一旦NPN積極地從N阱拉電流，電流將由兩個(gè)基極區(qū)域提供。因此，由于第二個(gè)PNP晶體管的活動(dòng)，閂鎖狀態(tài)在故障電流消除后能夠持續(xù)。

　　在設(shè)計(jì)用于汽車應(yīng)用的IC這類高壓結(jié)構(gòu)中，漏極通常擴(kuò)展至高位VDD。這種物理延伸增加了R1和R2的值，導(dǎo)致了更大的閂鎖敏感度。