将汽车IC中的闩锁敏感度降至最低

　　对于半导体供应商而言，要对汽车应用的新IC设计进行合格验证，通过闩锁免疫性测试是一项挑战。芯片设计人员可能需要在裸片上增加关键晶体管的物理间隔，但实际上，此举不会带来任何明显的好处，在某些情况下甚至还可能产生某些副作用。理解其原因以及如何预测闩锁阈值，就可以应用有效的布线技巧和保护结构，满足闩锁免疫目标的最佳实践方法。

　　理解闩锁

　　当在两个PNP和NPN双极晶体管结构之间创建一个寄生可控硅整流器(SCR)时，闩锁问题可能就会出现，如图1所示。在某些条件下，SCR能够进入阳极与阴极之间的自持续和低阻抗状态，要从这个状态恢复是不可能的。

　　闩锁的发生可以通过可控硅整流器进入这种状态时的主要特性参数来分析。这些特性参数包括触发电压(Vt1)、维持电流(Ih)和导通阻抗(Ron)。当 SCR阳极电压到达VT1的值时，测量电压会有突然且明显的下降，并伴随有电流浪涌。这就归结到“骤回(snap back)”。如果消除激励(stimulus)，电路可从这个状态恢复，并返回至正常操作。另一方面，如果电流持续增加至高于Ih，器件就“闩锁”。一旦闩锁，电源会支持电流流入SCR，直至电源移除或器件损坏，该器件不会返回至正常操作状态。

　　预测闩锁阈值

　　寄生可控硅整流器的维持电流决定着IC的闩锁阈值。预测这个阈值是确保最终芯片设计免疫性的第一步。首先，需要了解影响阈值的因素。实践中，Ih几乎完全由两个寄生电阻的值确定；这两个寄生电阻设定相应双极晶体管的偏置条件。可以视NMOS和PMOS晶体管之间的物理隔离对闩锁免疫性没有实际影响。实际上，布线错误可能会导致两个间距相隔1,000μm的器件之间发生闩锁。

　　在图2中，寄生电阻显示为R1和R2。下面的例子详述了导致闩锁发生的事件序列，并显示闩锁阈值可以如何预测。就图2而言：

　　 节点A(PMOS漏极)被迫至比Vsupply(节点B)更高的电位

　　 P-N结(A-B)将正向偏置，让电流流经N阱(N-well)

　　 如果外部能源(驱动节点A)能够提供200 mA电流，R2必须小于3Ω，以防止纵向PNP晶体管激活

　　Vbe = Ifault * R2

　　0.6 = 200 mA * 3 Ω

　　 如果被激活，通过PNP晶体管流进衬底的电流将驱动电流流过R1(退出通道)

　　 如果R1的值大至能够拓展出所需Vbe及可用电流，内部正反馈将引发闩锁

　　 使用R1、R2更实际的值25Ω和15Ω，预测下列闩锁阈值：

　　0.6 = Ith1 * 25

　　0.6 = Ith2 * 15

　　Ith1 = 24 mA

　　Ith2 = 40 mA

　　 R1和R2的这些值预测总共达64mA 的闩锁阈值(Ith1和Ith2为并行通道)

　　 很显然，如果外部故障能够提供200mA电流，R1和R2都必须小于6Ω以防止闩锁

　　如果发生闩锁，这种状态可能持续，因为节点B(由电源驱动至IC)由第二个PNP晶体管组成。一旦NPN积极地从N阱拉电流，电流将由两个基极区域提供。因此，由于第二个PNP晶体管的活动，闩锁状态在故障电流消除后能够持续。

　　在设计用于汽车应用的IC这类高压结构中，漏极通常扩展至高位VDD。这种物理延伸增加了R1和R2的值，导致了更大的闩锁敏感度。