ESD放电模式以及电源箝位 (power clamp )电路

由于ESD电压具有很快的上升速度（其ESD脉冲上升时间约在10ns左右），Ｖrc端的电压因为RC延迟效应无法跟得上VDD端的ESD电压上升速度，Ｖrc端的为低电位导致反相器工由于ESD电压具有很快的上升速度（其ESD脉冲上升时间约在10ns左右），Ｖrc端的电压因为RC延迟效应无法跟得上VDD端的ESD电压上升速度，Ｖrc端的为低电位导致反相器工作将输出端Ｖout电压上拉到高电位。从而Vg端的高电

勇敢虎虎不怕困难

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勇敢虎虎不怕困难 · 2023-07-18 20:32:32 发布

1.ESD的基本概念

2.ESD放电模式与泄放路径

2.1 I/O端与 Vcc或者 I/O端与 Vss

2.2 I/O端与 I/O端

2.3 Vcc（电源端）与Vss（地端）

2.4不同类型电压源

3. 电源箝位 (power clamp )电路

4.全芯片ESD保护电路系统框图

参考文献：

1.ESD的基本概念

2.ESD放电模式与泄放路径

2.1 I/O端与 Vcc或者 I/O端与 Vss

2.2 I/O端与 I/O端

2.3 Vcc（电源端）与Vss（地端）

2.4不同类型电压源

上图2-12中所示ESD防护网络仅适合等电压的多电源域之间使用，对于不等电压的多电源域，采用单个背靠背二极管的防护器件显然是行不通的，若两电源域的电压差大于0.7V，就会造成芯片在正常工作时电源域之间发生短路而严重损坏芯片。此时，可以采用串联多个二极管的方式来提高界面ESD器件的触发电压，当其触发电压高于被保护的电源域的电压差后，便不会引起电源域之间的短路行为，从而实现有效的ESD防护。但此时又需额外注意，多个二极管串联会使得器件的导通电阻也大大上升，这将严重恶化处于不同电源域的引脚间ESD通路的电压钳制性能，这一点在ESD设计时一定要额外考虑。

不同类型地与之相同

3. 电源箝位 (power clamp )电路

前面的叙述中可以看出电源箝位 (power clamp )在全芯片ESD保护电路设计中的重要性。可以说五种情况的ESD测试下泄放路径几乎都会包含该电路，电源钳位单元可以采用主泄放器件，RC+bigMOS组成的RCpowerclamp，或者RC+SCR组成的RCSCR钳位单元，SCR(Silicon Controlled Rectifier)，硅控整流器，也叫晶闸管。

大多使用的是二极管和RCpowerclamp为组合的方法，这种结构复杂度小，稳定性高。

下图为典型RC触发的ESD钳位电路。也有一些厂商，直接提供了相应的symbol。

由于ESD电压具有很快的上升速度（其ESD脉冲上升时间约在10ns左右），Ｖrc端的电压因为RC延迟效应无法跟得上VDD端的ESD电压上升速度，Ｖrc端的为低电位导致反相器工作将输出端Vg电压上拉到高电位。从而Vg端的高电位触发导通了NMOS元件（Ｍesd）的晶体管，因而ESD电流便经由Ｍesd而泄放掉。由于晶体管Ｍesd的栅极导通电压约0.7Ｖ，所以Vg端要能够提供一大于0.7Ｖ的电压，且长达200ns 来导通Ｍesd元件的晶体管。这可由适当设计的电阻Ｒ，电容Ｃ，以及反相器内的晶体管尺寸来达成。

电路正常工作时：当芯片运行时，VDD的电压也是从0V逐渐上升到5V的，在power-on状态中，为了不影响内部电路的正常工作，Ｍesd元件需要保持在关闭状态，可通过设置ＲＣ时间常数来达到这一目的。因为VDD power-on的电压上升时间是约1ｍs 左右，而ESD电压的上升时间是在约10ns，所以把ESD侦测电路的RC时间常数设在0.1~1us，即可区分ESD事件来临和电路正常工作的两种工作状态。