瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 在系統(tǒng)級 ESD 測試下的 CMOS IC 微電子系統(tǒng)信號完整性

時間：2022-04-18 11:45:01

關鍵字： ESD 保護器 ESD 測試

手機看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機看文章

[導讀]微電子系統(tǒng)必須在接觸放電模式下維持 8kV 的 ESD 水平，才能達到系統(tǒng)級 ESD 標準（IEC 61000-4-2）中“4 級”的抗擾度要求。硅片中器件尺寸有限的片上 ESD 保護電路難以承受系統(tǒng)級 ESD 測試的過應力。因此，在微電子系統(tǒng)的印刷電路板 (PCB) 上添加了分立 TVS，以保護 CMOS IC 免受系統(tǒng)級 ESD 測試的過應力。

微電子系統(tǒng)必須在接觸放電模式下維持 8kV 的 ESD 水平，才能達到系統(tǒng)級 ESD 標準（IEC 61000-4-2）中“4 級”的抗擾度要求。硅片中器件尺寸有限的片上 ESD 保護電路難以承受系統(tǒng)級 ESD 測試的過應力。因此，在微電子系統(tǒng)的印刷電路板 (PCB) 上添加了分立 TVS，以保護 CMOS IC 免受系統(tǒng)級 ESD 測試的過應力。此類 TVS 通常放置在 PCB 布局上 CMOS IC 的 I/O 端口附近，以及電源引腳附近。具有較低保持電壓的 TVS 可以承受更高的 ESD 規(guī)格，因為當 ESD 電流通過其放電時，其自身產生的熱量較低。因此，一些商用 TVS 產品設計為具有較低的保持電壓，以提供高 ESD 規(guī)格。但是，據報道，保持電壓低于電路工作電壓的片上 ESD 保護器件會遭受類似閂鎖的故障。在本文中，我們想研究保持電壓低于系統(tǒng)工作電壓的板載 TVS 是否確實對微電子系統(tǒng)造成了負面影響。

測試設置

圖 1 顯示了被測設備 (EUT)，其中兩個 CMOS IC（IC-1 和 IC-2）由 PCB 上的一條信號跡線上的 TVS 保護。為了模擬微電子系統(tǒng)中的輸出端口，CMOS 反相器（IC-1）被用作傳輸端口來傳輸信號。另一個 CMOS 反相器 (IC-2) 是一個接收端口，用于模擬微電子系統(tǒng)中的輸入端口。IC-1的電源腳接3.3V的VDD1，IC-2的電源腳接3.3V的VDD2。施加到 IC-1 的輸入信號為邏輯“低”。因此，IC-2的輸入管腳接收到的信號為邏輯“高”，IC-2的輸出保持“低”狀態(tài)。為了在微電子系統(tǒng)的 PCB 上模擬 TVS 的 ESD 保護，一個 TVS 從信號走線（連接 IC-1 的輸出引腳和 IC-2 的輸入引腳）到地。所有這三個器件（IC-1、IC-2 和 TVS）都焊接到 PCB 上，形成用于系統(tǒng)級 ESD 測試的 EUT。系統(tǒng)級 ESD 測試期間 IC-1 和 IC-2 輸出引腳的瞬態(tài)電壓波形通過示波器的通道 1（CH-1）和通道 2（CH- 2)，如圖1所示。將測試三個具有不同保持電壓的商用 TVS。這三款TVS都宣稱可以作為3.3-VI/O口保護器使用。沒有 TVS 的 EUT 也將作為參考進行測試。通過對這些 EUT 進行系統(tǒng)級 ESD 測試，

圖 1 還顯示了采用 IEC 61000-4-2 標準規(guī)定的間接接觸放電測試模式的系統(tǒng)級 ESD 測試的測量設置。具有指定 ESD 電壓的系統(tǒng)級 ESD 槍快速掃描到水平耦合平面 (HCP)，ESD 能量將耦合到 EUT。IC-1和IC-2輸出引腳的瞬態(tài)電壓波形將通過示波器通道1（CH-1）和通道2（CH-2）的分離電壓探頭進行監(jiān)測和記錄。