Цепи защиты выводов микросхемы от воздействия электростатического разряда

Цепи защиты пропускают избыточный заряд, препятствуя возникновению катастрофических для внутренних узлов микросхемы напряжений и токов (рис. 6.3.) При проектировании цепей защиты важно обеспечить равномерное растекание избыточного тока, своевременное включение защитного элемента и быстрый отвод тока с наименьшим рассеиванием тепла. Элементы защиты должны иметь минимальные топологические размеры и небольшие паразитные сопротивления и емкости, чтобы минимизировать их влияние на динамические характеристики основной схемы.

Рис. 6.3. Схема расположения элементов защиты ИС от воздействия электростатических разрядов

При активизации элементов защиты от воздействия СЭ, обеспечивается минимальный импеданс в пути протекания избыточного тока. Элементы защиты предохраняют все выводы микросхемы от разрушительного воздействия электрического разряда любой полярности. Схема защиты должна быть устойчива к отклонениям технологического процесса. Необходимо обеспечить стойкость к воздействию СЭ по всем известным моделям (HBM,MM,CDM).

Обычно элементы защиты не обеспечивают в равной степени возможность протекания зарядов в двух направлениях. В этом случае путь протекания заряда от вывода к выводу усложняется. Пунктирная линия на рис. 6.4 показывает путь протекания заряда от входа к выходу микросхемы. Схема на рис. 6.4 обеспечивает протекание заряда между любой парой выводов (вход, выход, земля, питание) в обоих направлениях, но при этом заряд последовательно будет протекать через несколько элементов защиты. Упрощенная схема практической реализации элементов защиты изображена на рис. 6.5.

Рис. 6.4. Вариант включения элементов защиты в момент воздействия статического электричества

Рис. 6.5. Упрощенная электрическая схема включения элементов защиты от воздействия СЭ

В случае использования нескольких питающих напряжений (например, в схемах смешанного сигнала) необходимо устанавливать элементы защиты от воздействия СЭ между различными источниками (рис. 6.6). Упрощенная электрическая схема защиты микросхемы с раздельным цифровым и аналоговым питанием приведена на рис. 6.7.

Рис. 6.6. Структурная схема включения элементов защиты микросхемы с различными источниками питания

Рис. 6.7. Упрощенная электрическая схема включения элементов защиты от воздействия СЭ цифроаналоговой микросхемы

Примеры выполнения элементов защиты Диодно – резистивные элементы

В качестве элементов защиты входов ИС, как правило, используют диодно–резистивные элементы (рис. 6.8, а), или структуры с использованием МОП–транзисторов (в качестве МОП–диодов) и резисторов (рис. 6.8, б).

а)

б)

Рис. 6.8. Элементы защиты входов ИС от электростатического разряда: а – диодно – резистивный; б – с использованием МОП–транзисторов и резистора

Диодные схемы используются так же для защиты от разряда СЭ выходов микросхем. Степень защищенности выводов микросхем от воздействия электростатического разряда зависит от размеров активных элементов и конструктивно–технологического исполнения элемента защиты.