收藏本站
《浙江大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

集成电路典型工艺下I/O电路及片上ESD防护设计研究

李明亮  
【摘要】:本论文主要是从I/O电路、ESD防护方案设计以及ESD全芯片防护设计三个方面深入研究了典型工艺下的I/O电路设计以及ESD防护设计。论文在理解业界通用I/O电路设计标准以及二极管、MOSFET、SCR等基本ESD防护单元工作原理的基础上,设计了典型工艺下的I/O电路以及ESD防护方案,包括:高压0.5um Bipolar-CMOS-DMOS (BCD)工艺下的ESD防护方案设计、0.18um CMOS工艺下的I/O电路设计以及65nm CMOS Logic工艺下的ESD防护方案设计。论文使用传输线脉冲系统TLP对防护方案进行了评价,获得了一些具有新颖性和实用性的结论,论文还提出了一种全新的全芯片防护设计思想。主要研究内容和相应结论如下: 1、基于0.18um CMOS工艺成功实现了通用数字I/O电路各单元模块的设计与功能仿真验证工作。并利用0.18um CMOS工艺下的3.3V器件设计了新型的耐5V高压输入的通用型I/O电路。通过额外的逻辑控制电路实现对上拉输出驱动管栅极和N_well电位的控制功能,从而有效克服了通用数字I/O电路耐5V信号输入时的漏电流以及栅氧可靠性问题。 2、在0.5um BCD工艺下通过对常用的双二极管ESD防护方案和双二极管的两级ESD防护方案进行相应的研究。研究结果表明,金属总线寄生电阻的存在会导致相应端口的ESD设计窗口有所下降并导致被防护器件过早进入失效领域,必须设定相应的ESD设计规则来限定金属总线的最小宽度以及I/O管脚与电源管脚间的最小间距来提升防护性能。同时研究也表明,采用两级ESD防护方案能有效的提升ESD防护单元对快速ESD应力的防护效果。 3、在0.5um BCD工艺下通过利用平行金属布线方案和交错金属布线方案以及不同的单插指宽度(25um、50um以及100um)对MOSFET防护性能的影响进行研究。研究结果表明,在一定的范围内,对于给定的器件宽度,适当的减少单个插指的宽度能有效的提高GGNMOS的失效电流。采用平行式金属布线不容易产生电流的积聚效应,从而对GGNMOS采用平行式金属布线要普遍优于交错式金属布线。 4、在0.5um BCD工艺下通过对比研究传统的栅接电源的互补MOSFET防护方案(GDPCMOS)和栅耦合互补MOSFET防护方案(GCCMOS)后的结果表明,栅极耦合技术(GCCMOS)能降低传统栅接电源互补MOSFET防护方案中MOSFET的开启电压(回滞电压),但同时其栅极的过驱动效应也会导致MOSFET失效电流的下降,且其失效电流的下降与栅极耦合电阻的大小有密切联系。而新型提出的电源箝位单元辅助触发的互补MOSFET防护方案(PCACMOS)能有效抑制栅极的过驱动效应并将传统GCCMOS防护方案的FOM平均提高13.3%。 5、在传统互补SCR防护方案的基础上提出新型的电容耦合互补SCR结构,新型的电容耦合互补SCR结构相比于传统互补SCR防护方案具有更低的开启电压,且开启电压可以通过耦合电容来进行有效调整。通过版图上的改进,该电容耦合互补SCR结构能实现IO-VDD, IO-VSS以及VDD-VSS各种ESD应力模式下的ESD防护。 6、在传统互补SCR防护方案的基础上提出的改进连接方式的互补SCR防护方案能有效的减小ESD防护单元的面积,同时又能获得等效的ESD防护性能,通过面积的减小,其等效的ESD防护品质因素FOM有所提高。 7、在0.5um BCD工艺下提出新型的Gate-suppression技术,该新型Gate-suppression技术中的抑制单元可以对ESD应力起到有效的缓冲作用,Gate-suppression技术相比于Source-pump技术而言,内部器件的抗快速ESD‘能力(诸如CDM)将提升100%。 8、基于65nm CMOS工艺下提出的适用于低压ESD防护的新型电容耦合辅助触发SCR结构能获得2.15V的开启电压,能对65nm工艺下的1.2V核心管起到良好的防护效果。且其在室温25℃和高温125℃都具有较低的漏电流。 9、针对高压ESD防护运用,提出利用PNPNP和NPNPN两种互补型的双向SCR来构建新型级联型互补双向SCR,其相应的开启电压能通过耦合电容来进行有效调整。相比于传统的栅极接地的NLDMOS、栅极驱动的NLDSCR、衬底触发的NLDSCR、级联式FOD器件以及级联式LVTSCR等防护结构,该新型的级联型互补双向SCR具有更高的ESD防护品质因素FOM。 10、新型提出的基于开关电路的ESD全芯片防护电路的仿真结果表明,利用该基于开关电路的ESD防护电路能有效防止ESD电流流入内部芯片,该开关电路对ESD应力具有削弱和缓冲作用,对内部核心器件能起到更好的防护效果。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN432

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李顺增;Windows环境下DLL编程及应用[J];华北工学院学报;2002年06期
2 倪慧君,马光;嵌入式汇编在工业控制上位机中的应用[J];山东电力技术;2004年01期
3 付强文,张英敏,董强强;利用MSComm控件与单片机通讯实现I/O控制[J];机械与电子;2004年03期
4 李丹;Oracle的性能优化[J];河北工程技术职业学院学报;2003年01期
5 王珍喜;JDY1型机械手PLC控制系统的设计[J];九江职业技术学院学报;2002年04期
6 凡人;通用设备驱动程序的设计与实现[J];电脑编程技巧与维护;2004年06期
7 马仲发,庄奕琪,杜磊,花永鲜,吴勇;一种敏感的MOSFET ESD潜在损伤检测方法[J];半导体学报;2002年11期
8 张涛;用8097单片机访问16位RAM中的奇地址字[J];装甲兵工程学院学报;1998年03期
9 文富荣,胡多勋;基于Windows的DLL编程技术及应用[J];湖北师范学院学报(自然科学版);2001年03期
10 黄浩,王维庆;Windows 2000下数据采集软件中端口及物理内存资源访问的原理和实现[J];新疆大学学报(自然科学版);2003年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郭御风;郭诵忻;龚锐;邓宇;张明;;一种面向多核处理器I/O系统软错误容错方法[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(B辑)[C];2011年
2 张景昌;黄犇犇;董秀洁;陈旭;刘生满;;煤矿环境人体动态ESD模型的研究[A];中国物理学会第十五届静电学术年会论文集[C];2009年
3 邵妍;李晓春;毛军发;;基于传输线网络的ESD脉冲下的互连瞬态热分析方法[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
4 谢荣华;;高频信号接口ESD防护电路设计技术[A];第四届电子产品防护技术研讨会论文集(续)[C];2004年
5 汪轲;汪金山;汪晓东;;基于5阶HMM-ESD电流表达式及频谱分析[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 毕增军;盛文;李桂祥;项建涛;;ESD火花产生的电磁场孔缝耦合实验研究[A];中国物理学会第十五届静电学术年会论文集[C];2009年
7 李永坤;罗宏伟;文静;刘瑶;;ESD保护电路及其元件模型[A];中国电子学会可靠性分会第十三届学术年会论文选[C];2006年
8 陈辉;;移动电话的ESD测试要求及防护设计[A];中国电子学会可靠性分会第十三届学术年会论文选[C];2006年
9 许良璧;车筑平;谭庆华;后冬梅;;以ESD为基础的新技术在消化道疾病中的临床应用[A];贵州省中西医结合学会2011年消化系病学术交流会暨消化系病新进展学习班资料汇编[C];2011年
10 张艳秋;李建中;张兆功;;一种基于蛇型磁带的第三级存储器I/O调度算法[A];第十七届全国数据库学术会议论文集(研究报告篇)[C];2000年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 赵淑玲;ESD系统:保证突发状况下安全停车[N];中国化工报;2010年
2 本报记者 宋家雨;Server I/O市场“井喷”延期[N];网络世界;2010年
3 本报记者 赵艳秋;ESD器件:新接口市场是热点 集成EMI方案将流行[N];中国电子报;2009年
4 宋家雨;Server I/O市场下半年将“井喷”[N];网络世界;2009年
5 南宁 鸿祚电子;电源开关电子式驱动IC ESD8029及其应用[N];电子报;2009年
6 记者刘宪广 通讯员闫凌;新疆油田采气一厂ESD系统完成功能测试[N];中国石油报;2010年
7 本报记者 宋家雨;刀片服务器I/O的课题[N];网络世界;2010年
8 ;I/O虚拟化三步走[N];网络世界;2010年
9 本报记者 刘洪宇;迈克尔·凯根:云计算催生“I/O即服务”[N];中国计算机报;2009年
10 山西 田黎东;微电子行业中静电放电(ESD)的防护技术[N];电子报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杜晓阳;CMOS射频集成电路片上ESD防护研究[D];浙江大学;2009年
2 姜玉稀;深亚微米CMOS工艺下全芯片ESD设计与仿真的研究[D];上海大学;2011年
3 李立;RFIC的ESD防护电路与优化设计技术研究[D];西安电子科技大学;2012年
4 张冰;次亚微米CMOS工艺下的ESD防护技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
5 刘丰;ColdFire微控制器芯片ESD/EFT保护技术研究[D];天津大学;2010年
6 王晓静;I/O虚拟化的性能隔离和优化[D];华中科技大学;2012年
7 郭御风;面向多核微处理器芯片的高效能I/O体系结构及其实现技术[D];国防科学技术大学;2010年
8 陆正武;VBR流媒体分块与I/O调度研究[D];华中科技大学;2011年
9 王梦灵;基于I/O数据的空间分布系统建模与预测控制器设计[D];上海交通大学;2011年
10 夏楠;面向信息管理的支持透明计算的I/O管理研究[D];合肥工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李明亮;集成电路典型工艺下I/O电路及片上ESD防护设计研究[D];浙江大学;2011年
2 陈景阔;2.7GHz高速接口电路的ESD电路设计及仿真分析[D];电子科技大学;2011年
3 王乔楠;微波混合集成电路的ESD设计[D];电子科技大学;2011年
4 苗萌;ESD防护设计的若干问题研究[D];浙江大学;2012年
5 何弢;音频芯片ESD保护结构的设计与实现[D];电子科技大学;2012年
6 杜飞;芯片级ESD测试方法研究与比较[D];北京邮电大学;2012年
7 宋晓春;CMOS集成电路ESD保护研究[D];电子科技大学;2009年
8 喻钊;FPGA全芯片ESD防护设计和优化[D];电子科技大学;2012年
9 陈志钧;CMOS集成电路ESD保护技术的研究和设计[D];电子科技大学;2012年
10 邹静;高压NMOS器件和SCR的高鲁棒性ESD保护研究[D];湖北大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026