接收器电路ESD设计
📚 Voldman ESD 补充:本页基于 ESD: Circuits and Devices Ch.8,系统介绍接收器电路的 ESD 设计——延迟时间与负载效应、HBM/CDM 接收器方案、接收器演进(半通 TG/全通 TG/keeper/修改 keeper)、伪零 VT TG、ZVT TG、漏晶体管接收器、Schmitt 触发反馈、双极/差分接收器。
前后关系
前置知识:
- ESD芯片设计综合与架构 — 芯片级设计
- MOSFET ESD设计 — MOSFET ESD 器件
1. 接收器与 ESD
1.1 延迟时间与负载效应
接收器在 ESD 事件中的延迟时间影响:
- 信号传播延迟增加 → 内部电路暴露时间延长
- 负载电容影响 ESD 电流分布
- 接收器输入电容是 ESD 电流的分流路径
1.2 HBM 接收器方案
- 输入保护二极管钳位
- 串联电阻限流
- 接收器栅氧需承受 ESD 电压
1.3 CDM 接收器方案
- CDM 事件极快(< 1ns)→ 接收器响应时间关键
- 栅氧击穿是主要失效模式
- 需要极低电容的保护方案
2. 接收器演进
2.1 半通传输门(Half-Pass TG)
Input ──── TG ──── Output
│
Keeper
- NMOS 传输门传递低电平好、高电平差
- 阈值损失:
- ESD 事件中 TG 可能过压
2.2 全通传输门(Full-Pass TG)
- 互补 NMOS + PMOS 传输门
- 全摆幅信号传递
- ESD 电流可通过两个管子分流
2.3 Keeper 网络
- 反馈锁存器保持信号电平
- 补偿 TG 的阈值损失
- ESD 事件中 keeper 可能锁定错误状态
2.4 修改 Keeper
- 改进的 keeper 设计增加 ESD 鲁棒性
- 增加复位功能
- 防止 ESD 事件后锁定
3. 特殊接收器技术
3.1 伪零 VT TG
- 使用低阈值电压传输门
- 减小阈值损失
- 增加亚阈值漏电
3.2 ZVT TG(Zero VT TG)
- 零阈值电压传输门
- 无阈值损失
- 需要额外的偏置电路
3.3 漏晶体管接收器
- 利用漏极作为信号输入
- 低输入电容
- 适用于高速接收器
3.4 Schmitt 触发反馈
- 迟滞特性抑制噪声
- 提高抗扰度
- 不对称的触发/释放阈值
3.5 双极接收器
- 利用双极晶体管的高
- 快速响应
- 适用于高速接口
3.6 差分接收器
- 差分信号提高噪声免疫
- 共模抑制 ESD 干扰
- 三种类型:信号差分、CMOS 差分、双极差分
参考文献
- S. H. Voldman, ESD: Circuits and Devices, 2nd ed., Wiley, 2015, Ch.8.
相关页面
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