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CMOS 中的闩锁预防
接线图
2024年10月20日 19:21 16
admin
什么原因导致CMOS中的闩锁现象？
典型的 CMOS 反相器横截面，显示寄生器件。
为了使电路闩锁，必须满足几个条件1。
Qn 和 Qp 的晶体管电流增益乘积必须大于 1，以使结构保持锁存状态。
Qn 和 Qp 的发射极-基极结都必须正向偏置才能启动和维持闩锁。
电源必须能够维持锁存时所吸收的电源电流（保持电流）和电源电压（保持电压）。
上述 CMOS 反相器布局中的寄生器件的简化示意图。
已证明保持电流2强烈依赖于 Rwell 和 Rsub。物理原因很明显：较低的 Rwell 或 Rsub 意味着必须流过更高的电流才能保持基极-发射极结上的正向偏置。请注意，图 1 表示“强”布局，因为衬底和阱抽头位于器件之间；如果它们位于器件的另一侧，则 Rwell 和 Rsub 将增加，电路将变得更加敏感。
如何避免 CMOS 中的闩锁效应
有几种方法可以减少闩锁的可能性：
降低寄生器件的 beta 值。实际上，这可以通过增加器件之间的间距来实现，从而增加横向器件的宽度。然而，这种增加的间距会降低封装密度。
增加阱和衬底掺杂浓度以降低 Rwell 和 Rsub。例如使用逆向掺杂阱。
提供替代的（或更好的）少数载流子收集器。例如在设备周围使用保护环。
通过自动布局生成工具实现的保护环实现。
图 3 显示了围绕公共质心设备的典型保护环实现。使用约束自动生成保护环可以快速可靠地生成保护环。
要了解为什么会发生闩锁，请考虑图 1 中的简单逆变器。
典型的 CMOS 反相器横截面，显示寄生器件。反相器由两个 MOS 晶体管组成。还放置了阱和衬底抽头，用于将阱偏置到 VDD，将衬底偏置到 VSS，并将阱偏置到 VSS。还有寄生双极管：由 P+/N 阱/P 衬底结形成的垂直 PNP 器件，以及由横向 N+/P 衬底/N 阱结形成的水平 NPN 器件。
图 2 显示了寄生元件的简化示意图。分流电阻 Rwell 和 Rsub 表示从阱抽头到 PNP 基极以及从基底抽头到 NPN 基极的有效电阻。为了使电路闩锁，必须满足几个条件1。
Qn 和 Qp 的晶体管电流增益乘积必须大于 1，以使结构保持锁存状态。
Qn 和 Qp 的发射极-基极结都必须正向偏置才能启动和维持闩锁。
电源必须能够维持锁存时所吸收的电源电流（保持电流）和电源电压（保持电压）。
上述 CMOS 反相器布局中的寄生器件的简化示意图。已证明保持电流2强烈依赖于 Rwell 和 Rsub。物理原因很明显：较低的 Rwell 或 Rsub 意味着必须流过更高的电流才能保持基极-发射极结上的正向偏置。请注意，图 1 表示“强”布局，因为衬底和阱抽头位于器件之间；如果它们位于器件的另一侧，则 Rwell 和 Rsub 将增加，电路将变得更加敏感。
如何避免 CMOS 中的闩锁效应
有几种方法可以减少闩锁的可能性：
降低寄生器件的 beta 值。实际上，这可以通过增加器件之间的间距来实现，从而增加横向器件的宽度。然而，这种增加的间距会降低封装密度。
增加阱和衬底掺杂浓度以降低 Rwell 和 Rsub。例如使用逆向掺杂阱。
提供替代的（或更好的）少数载流子收集器。例如在设备周围使用保护环。
实际上，可以采用多种工艺技术和布局技术，例如适当提供阱/基板抽头和/或保护环。
通过自动布局生成工具实现的保护环实现。图 3 显示了围绕公共质心设备的典型保护环实现。使用约束自动生成保护环可以快速可靠地生成保护环。
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