ColdFire微控制器芯片ESD-EFT保護(hù)技術(shù)研究.pdf

1、隨著深亞微米工藝制造技術(shù)、設(shè)計技術(shù)的日臻成熟，微控制器的功能越來越強大且正朝著低功耗、小體積和高性能等幾個方面發(fā)展。小體積的芯片和低成本的應(yīng)用系統(tǒng)勢必減少ESD保護(hù)器件的使用，這會極大的降低微控制器芯片抗電磁干擾（EMI）能力。電磁兼容性（EMC）是衡量微控制器可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)，已經(jīng)成為微控制器芯片設(shè)計中必須考慮的問題。
　　本論文的研究背景是飛思卡爾強芯（天津）公司EMC實驗室研發(fā)項目“微控制器芯片可靠性設(shè)計及測試”，目前該項目

2、已流片驗證，通過了芯片級和系統(tǒng)級測試。
　　在對32位ColdFire微控制器芯片整體架構(gòu)詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，本論文主要研究了微控制器芯片可靠性設(shè)計中RSDA/D轉(zhuǎn)換器和線性穩(wěn)壓器的原理、魯棒性設(shè)計技巧。詳細(xì)探討了芯片級靜電放電（ESD）/電氣快速瞬變（EFT）保護(hù)電路設(shè)計、ESD/EFT設(shè)計理論及測試和芯片PADRING SPICE驗證等關(guān)鍵技術(shù)。基于傳統(tǒng)的ESD/EFT保護(hù)電路失效分析結(jié)果，提出了新的電路設(shè)計結(jié)構(gòu)和I/O版圖優(yōu)化

3、技術(shù)，使整個芯片的ESD/EFT保護(hù)網(wǎng)絡(luò)能有效的抑制ESD與EFT等瞬態(tài)干擾信號，研究成果已經(jīng)應(yīng)用于飛思卡爾公司微控制器產(chǎn)品。
　　論文的創(chuàng)新性包括：設(shè)計了魯棒性的RSD A/D轉(zhuǎn)換器和線性穩(wěn)壓器。該A/D轉(zhuǎn)換器可實現(xiàn)差分信號輸入和單端信號輸入，具有低功耗（20mW）、高分辨率（12bit）、高速(1Ms/s)和面積?。?.42mm2）等優(yōu)點，而線性穩(wěn)壓器的可靠性能包括輸出電壓精度高（2％）、紋波電壓?。?0mV）和靜態(tài)電流低（1

4、00μA）等。
　　提出了新的ESD/EFT觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)。該電路結(jié)構(gòu)不僅能夠處理較慢的瞬態(tài)干擾信號（60ns~10μs），而且能夠處理快速的瞬態(tài)干擾信號（<60ns），同時改善了上電ESD性能（>8KV），克服了傳統(tǒng)ESD觸發(fā)電路只能處理快速瞬態(tài)干擾信號（<60ns）與上電ESD性能較弱的缺點（<6KV）。
　　提出了抗瞬態(tài)閂鎖效應(yīng)措施與增加NMOS clamp擊穿電壓的方法。EFT事件產(chǎn)生的較大襯底電流會降低NMOS cl