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Latch up
• Latch up 的定义
• Latch up 的原理分析
• 产生 Latch up 的具体原因
• 防止 Latch up 的方法

Latch up 的定义
Latch up 最易产生在易受外部干扰的I/O电路处, 也偶尔
发生在内部电路
Latch up 是指cmos晶片中, 在电源power VDD和地线
GND(VSS)之间由于寄生的PNP和NPN双极性BJT相互
影响而产生的一低阻抗通路, 它的存在会使VDD和
GND之间产生大电流
随着IC制造工艺的发展, 封装密度和集成度越来越高,
产生Latch up的可能性会越来越大
Latch up 产生的过度电流量可能会使芯片产生永久性的
破坏, Latch up 的防范是IC Layout 的最重要措施之一

Latch up 的原理分析(一)
CMOS INV与其寄生的BJT截面图 寄生BJT形成SCR的电路模型
N
+
P
+
P
+
N
+
N
+
P
+
nwell
R
well
P
+
substrate
In
Out
P
-
epi Q1
Q2
Q1
OUT
OUT
Q2
R
well
R
sub
nwell
P substrate
N+ source
P+ substrate cont
P+ source

Latch up 的原理分析(二)
Q1为一垂直式PNP BJT, 基极(base)是nwell, 基极到
集电极(collector)的增益可达数百倍;Q2是一侧面式的
NPN BJT,基极为P substrate,到集电极的增益可达数
十倍;Rwell是nwell的寄生电阻;Rsub是substrate电
阻。
以上四元件构成可控硅(SCR)电路,当无外界干
扰未引起触发时,两个BJT处于截止状态,集电极电流
是C-B的反向漏电流构成,电流增益非常小,此时
Latch up不会产生。当其中一个BJT的集电极电流受外
部干扰突然增加到一定值时,会反馈至另一个BJT,从
而使两个BJT因触发而导通,VDD至GND(VSS)间
形成低抗通路,Latch up由此而产生。

产生 Latch up 的具体原因
• 芯片一开始工作时VDD变化导致nwell和P substrate间寄
生电容中产生足够的电流,当VDD变化率大到一定地
步,将会引起Latch up。
• 当I/O的信号变化超出VDD-GND(VSS)的范围时,
有大电流在芯片中产生,也会导致SCR的触发。
•ESD静电加压,可能会从保护电路中引入少量带电载
子到well或substrate中,也会引起SCR的触发。
• 当很多的驱动器同时动作,负载过大使power和gnd突
然变化,也有可能打开SCR的一个BJT。
•Well 侧面漏电流过大。
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