一文搞懂閂鎖效應：電路里的“定時炸彈”與防護指南

什么是閂鎖（Latch-up）？

CMOS 工藝中的寄生晶閘管（SCR）結構，是由 NMOS 和 PMOS 的寄生 NPN/PNP 晶體管相互連接形成的。這些寄生晶體管平時處于關閉狀態，但當受到電壓尖峰、靜電干擾或高溫時，會觸發正反饋環路，導致電流在芯片內部無限放大，最終燒毀芯片或迫使系統斷電。這一現象即為閂鎖效應。

CMOS結構（左）及其等效電路（右）

如何快速判斷電路是否存在閂鎖？

如果遇到以下情況，可能是閂鎖在作祟：

l 電流突然激增：芯片耗電猛增，遠超正常工作電流。

l 電壓突然暴跌：電源電壓“斷崖式下跌”， 導致芯片復位或功能紊亂。

l 高溫更易崩潰：芯片在高溫環境下（如>85℃）更容易觸發閂鎖。

檢測方法：

l 靜電測試：模擬人體接觸放電，驗證芯片抗ESD能力（IEC 61000-4-2）。

l 浪涌測試：模擬雷擊或電源波動，測試電路穩定性（IEC 61000-4-5）。

l 電腦模擬：用仿真工具（如TCAD）預判寄生結構的觸發閾值，優化設計。

不同器件的“觸發門檻”與防護方案：

雷卯電子的“防閂鎖武器庫”

1. 高功率接口：TVS二極管 + 自恢復保險絲

l TVS二極管：納秒級響應，將電壓尖峰箝位至安全閾值，防止寄生晶體管觸發。

l 自恢復保險絲（PPTC）：過流時自動斷開電路，故障排除后自動復位，避免持續損壞。兩者協同可阻斷閂鎖觸發條件。

2. 低電壓/高速接口：ESD靜電防護

l 低電容ESD器件：像“防靜電外套”一樣，包裹芯片接口，防止靜電“電擊”觸發閂鎖，同時不影響信號速度（如USB、HDMI）。

雷卯推薦的“防閂鎖武器”清單，按場景選擇，簡單有效，詳細方案可關注雷卯電子公眾號或聯系雷卯EMC小哥

總結：防閂鎖三板斧

1. 設計時“防微杜漸”：

l 電源去耦：芯片電源引腳并聯0.1μF陶瓷電容，抑制電壓毛刺。

l 布局優化：縮短敏感信號線長度，減少寄生電容耦合；增加襯底和阱的接地接觸，降低寄生電阻。。

l 版圖設計：在I/O區域添加Guard Ring（環形接地層），阻止載流子擴散觸發閂鎖。

2. 器件選型“硬核防御”：

l 高功率接口選TVS，PPTC防過流，低壓高速信號選ESD，像給電路穿“防彈衣”。

3. 雷卯“定制服務”：

l 遇到復雜場景？雷卯技術團隊可量身定制方案，像“電路醫生”一樣對癥下藥！

Leiditech雷卯電子致力于成為電磁兼容解決方案和元器件供應領導品牌，供應ESD，TVS，TSS，GDT，MOV，MOSFET，Zener，電感等產品。雷卯擁有一支經驗豐富的研發團隊，能夠根據客戶需求提供個性化定制服務，為客戶提供最優質的解決方案。