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。

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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

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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

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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：$V_{OH}=V_{DD}-V_{th}$
• 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

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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 $g_m$
• 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

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参考文献

1. S. H. Voldman, ESD: Circuits and Devices, 2nd ed., Wiley, 2015, Ch.8.

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相关页面

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• MOSFET ESD设计 — MOSFET ESD 设计
• 离片驱动器OCD与ESD — OCD ESD 设计
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