芯片设计中的latch_Latch-up (闩锁效应)

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00 - 本文内容

  • CMOS 中的闩锁效应(latch-up)的来源
  • 具体的避免 latch-up 的方法

01 - 易产生latch-up结构图解

典型的NMOS PMOS结构:

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NMOS剖面图

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PMOS剖面图

拼在一起:

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再画出里面的产生闩锁效应的寄生BJT,横向BJT会导致闩锁效应,其中R3不一定有。

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可以画出导致闩锁效应的电路图,一旦这个电路导通就会一直导通:

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03 - 什么情况可能触发latch-up

  • 当有电流流入到substrate中,例如ESD事件发生时;
  • 当芯片突然上电,NWELL与P-SUB之间的寄生电容产生足够的电流,当这个电流达到一定程度,可能会引起latch-up;
  • 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。

04 - 如何防止latch-up

  • 使用保护环 Guard-ring: P+ ring 环绕 nmos 并接 GND;N+ ring 环绕 pmos 并接 VDD,一方面可以降低 Rwell 和 Rsub 的阻值,另一方面可阻止载流子到达 BJT 的基极。如果可能,可再增加两圈 ring。

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  • Substrate contact 和 well contact 应尽量靠近 source 端,以降低 Rwell 和 Rsub 的阻值;
  • 除在 I/O 处需采取防 Latch-up 的措施外, 凡接 I/O 的内部 mos 也应圈保护环 guard ring;
  • 使 nmos 尽量靠近 GND, pmos 尽量靠近 VDD, 保持足够的距离在 pmos 和 nmos 之间以降低引发 SCR 的可能
  • I/O 处尽量不使用 pmos (nwell)

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