集成电路设计——闩锁效应
【總是單純將閂鎖效應看成是形成pnp二極管正偏帶來大的漏電流燒壞襯底,還是想著寫詳細點,也希望自己記得詳細點的】
定義當然還是這樣:
閂鎖效應是指 CMOS 器件所固有的寄生雙極晶體管被觸發導通, 在電源和地之間存在一個低阻通路,大電流,導致電路無法正常工作,甚至燒毀電路。
從源-阱-襯底,總是能夠形成pnp(npn)的二極管的結構,并且由于(以n阱中的p摻雜-n阱-p襯底形成的pnp為例)本身的從n阱到p襯底已經形成反偏結構,因此只要n阱中的p摻雜的電壓高于n阱的阱電位,就會形成cmos電路的閂鎖效應。
上面這幅圖也解釋了為什么n阱電位明明是電源電壓,但是這個pn結還是會正偏。
因為,在襯底中流過的電流足夠大的時候,n阱中的寄生電阻R2上的壓降會達到0.7v,也就是一個二極管的導通壓降,n阱的電位分布不是均勻的,這一點也是版圖設計時需要考慮的。
同理也就是npn管的導通。
當然這兩個寄生二極管并不是相互獨立的,很明顯的可以看到
例如 Q1 開啟,它會提供足夠大的電流給 R2 ,使得 R2 上的壓降也達到 0.7V ,這樣 Q2也會開啟,同時,又反饋電流提供給 Q1 ,形成惡性循環,最后導致大部分的電流從 VDD 直接通過寄生晶體管到 GND ,而不是通過 MOSFET 的溝道,這樣柵壓就不能控制電流 。
上圖中的寄生晶體管連接關系可以用下圖來表示,其結構實際上是一個雙端 PNPN 結結構,如果再加上控制柵極 ,就組成門極觸發的閘流管,該現象就稱為閂鎖效應(閂鎖本是閘流管的專有名詞)。 即雙端 PNPN 結在正向偏置條件下,器件開始處于正向阻斷狀態,當電壓達到轉折電壓 時,器件會經過負阻區由阻斷狀態進入導通狀態.這 種狀態的轉換,可以由電壓觸發 ( =0) ,也可以由門極電流觸發 ( ≠ O) 。門極觸發大大降低了正向轉折電壓。
兩個寄生晶體管工作時,形成正反饋電路,加深可控硅導通,造成的結果是一股大的電流將由電源流向接地端,導致一般正常電路工作中斷,甚至會由于高電流散熱的問題而燒毀芯片。
總結
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