將汽車IC中的閂鎖敏感度降至最低

　　對于半導體供應商而言，要對汽車應用的新IC設計進行合格驗證，通過閂鎖免疫性測試是一項挑戰。芯片設計人員可能需要在裸片上增加關鍵晶體管的物理間隔，但實際上，此舉不會帶來任何明顯的好處，在某些情況下甚至還可能產生某些副作用。理解其原因以及如何預測閂鎖閾值，就可以應用有效的布線技巧和保護結構，滿足閂鎖免疫目標的最佳實踐方法。

　　理解閂鎖

　　當在兩個PNP和NPN雙極晶體管結構之間創建一個寄生可控硅整流器(SCR)時，閂鎖問題可能就會出現，如圖1所示。在某些條件下，SCR能夠進入陽極與陰極之間的自持續和低阻抗狀態，要從這個狀態恢復是不可能的。

　　閂鎖的發生可以通過可控硅整流器進入這種狀態時的主要特性參數來分析。這些特性參數包括觸發電壓(Vt1)、維持電流(Ih)和導通阻抗(Ron)。當 SCR陽極電壓到達VT1的值時，測量電壓會有突然且明顯的下降，并伴隨有電流浪涌。這就歸結到“驟回(snap back)”。如果消除激勵(stimulus)，電路可從這個狀態恢復，并返回至正常操作。另一方面，如果電流持續增加至高于Ih，器件就“閂鎖”。一旦閂鎖，電源會支持電流流入SCR，直至電源移除或器件損壞，該器件不會返回至正常操作狀態。

　　預測閂鎖閾值

　　寄生可控硅整流器的維持電流決定著IC的閂鎖閾值。預測這個閾值是確保最終芯片設計免疫性的第一步。首先，需要了解影響閾值的因素。實踐中，Ih幾乎完全由兩個寄生電阻的值確定；這兩個寄生電阻設定相應雙極晶體管的偏置條件。可以視NMOS和PMOS晶體管之間的物理隔離對閂鎖免疫性沒有實際影響。實際上，布線錯誤可能會導致兩個間距相隔1,000μm的器件之間發生閂鎖。

　　在圖2中，寄生電阻顯示為R1和R2。下面的例子詳述了導致閂鎖發生的事件序列，并顯示閂鎖閾值可以如何預測。就圖2而言：

　　 節點A(PMOS漏極)被迫至比Vsupply(節點B)更高的電位

　　 P-N結(A-B)將正向偏置，讓電流流經N阱(N-well)

　　 如果外部能源(驅動節點A)能夠提供200 mA電流，R2必須小于3Ω，以防止縱向PNP晶體管激活

　　Vbe = Ifault * R2

　　0.6 = 200 mA * 3 Ω

　　 如果被激活，通過PNP晶體管流進襯底的電流將驅動電流流過R1(退出通道)

　　 如果R1的值大至能夠拓展出所需Vbe及可用電流，內部正反饋將引發閂鎖

　　 使用R1、R2更實際的值25Ω和15Ω，預測下列閂鎖閾值：

　　0.6 = Ith1 * 25

　　0.6 = Ith2 * 15

　　Ith1 = 24 mA

　　Ith2 = 40 mA

　　 R1和R2的這些值預測總共達64mA 的閂鎖閾值(Ith1和Ith2為并行通道)

　　 很顯然，如果外部故障能夠提供200mA電流，R1和R2都必須小于6Ω以防止閂鎖

　　如果發生閂鎖，這種狀態可能持續，因為節點B(由電源驅動至IC)由第二個PNP晶體管組成。一旦NPN積極地從N阱拉電流，電流將由兩個基極區域提供。因此，由于第二個PNP晶體管的活動，閂鎖狀態在故障電流消除后能夠持續。

　　在設計用于汽車應用的IC這類高壓結構中，漏極通常擴展至高位VDD。這種物理延伸增加了R1和R2的值，導致了更大的閂鎖敏感度。