基于CMOS技术的集成电路ESD保护设计
如果你是NFL的球迷，而不是爱国者队的球迷，那么你就能理解下面这句话了。汤姆·布雷迪(TB12)是季后赛和超级碗梦想被粉碎、拆解和摧毁的唯一最具破坏性的原因。
另一位曾经统治NBA的G.O.A.T.球员迈克尔·杰弗里·乔丹(Michael Jeffrey Jordan)也是如此。直到今天，像伟大的卡尔·马龙这样的球员，毫无疑问仍然会因为他的伟大而失去冠军。
如果电子元件会做梦，那么它们也容易做噩梦，而这些噩梦将是关于静电放电的。根据ESD协会的数据，25%的“未知原因损坏”的电子产品可归因于ESD。这些损害使电子工业每年损失约50亿美元。因此，对ESD保护的需求和在各个层面的设计考虑都不能被夸大。
什么是ESD ?产生ESD的原因是什么?
静电放电(ESD)是一种释放的电荷(静电)，处于静止状态。这主要是由于停留在特定表面或环境空气中的电子不平衡造成的。电子的不平衡是由电子的缺乏或过剩引起的，它会产生一个能够影响远处其他物体的电场。
ESD也指两个带相反电荷的物体相互接触时发生的情况。如果这两个物体靠得足够近，电压就会释放，产生电压尖峰，并产生电磁场。
我们经常经历ESD的影响。研究发现，在一个8小时的工作日中，一个典型的人体可以积累500到2500伏的电荷(称为“静电势”)。然而，电子元件的损坏可能发生在25伏左右。
静电防护的重要性
ESD故障是最常见的故障之一挑战性的可靠性问题集成电路(ic)和其他电子系统。事实上，行业统计数据表明，超过30%的IC故障是由ESD或电子超应力(EOS)事件引起的，每年给行业造成数十亿美元的损失。
然而，知道存在问题和实现问题的解决方案并不是相互排斥的。此外，当前的解决方案并不是一个放之四海而皆准的解决方案。虽然这些电磁干扰(EMIs)可能确实对电子系统构成同等程度的危险，但它们的攻击方法并不统一。
知道你可以做些什么来防止EOS事件可以节省时间和金钱
众所周知，所有集成电路和其他电子产品都需要ESD保护。然而，并不是每一种预防措施都对遇到的每一种ESD型号都同样有效。我将在接下来的几段中进一步阐述不同的模型和它们所带来的保护问题。这也将进一步说明，正如我之前所回避的那样，一刀切的方法是不合理的。
ESD应力模型的类型
静电放电可能发生在各种情况下。为了更好地解决这些问题，这些ESD应力模型被分为三种特定的类型或模型。静电放电的应力模型分为人体模型(HBM)、机器模型(MM)和带电器件模型(CDM)三种。
这三种基本模型在工业中用于测量集成电路的ESD防护水平，并评估不同情况下ESD应力的影响。
人体模型
HBM，顾名思义，是指带静电的人体与芯片接触时产生的ESD现象，并形成放电路径，从而产生ESD应力。
机模型
MM表示在生产线上，带静电的带电荷的机器或工具与芯片接触并与地面形成放电路径所产生的ESD应力。
充电设备型号
CDM是集成芯片在制造、生产或运输过程中充电的场景。此外，在集成电路与任何导体或接地接触后，电荷转移发生在集成电路的内外之间。
CMOS技术中的ESD保护设计
在CMOS技术中，集成电路需要进行静电放电(ESD)保护设计。CMOS技术中ESD保护器件的选择包括二极管、mosfet和硅控整流器(SCR)。
然而，这些ESD保护装置带来了一些不必要的副作用。简单地说，他们造成高频信号损失输入/输出(I/O)垫由于寄生电容．因此，为了尽量减少这些ESD保护电路对高频性能的影响，必须仔细设计I/O焊盘处的ESD保护电路。
一旦你能够减少寄生电容，ESD保护电路可以很容易地与高频电路组合或共同设计。随着高频电路工作频率的增加，针对高频应用的片上ESD保护设计将继续成为一个重要的设计因素。
CDM ESD保护设计挑战
近年来，随着自动化机械设备在生产线上的广泛应用，CDM已被证明是所有ESD应力模型中最具破坏性的放电机制。CDM逐渐成为ESD防护设计中最关注的问题。
创建一个ESD安全环境将有助于提高测试的可靠性
CDM最重要的特性之一是低阻抗放电路径，这导致极快的电荷转移。这一特殊属性使得CDM在CMOS技术中的ESD保护设计中受到关注。这就是为什么在CDM放电期间，上升时间非常短(通常为0.25-0.75ns)，这就要求CDM ESD保护设计的触发时间短。
此外，随着芯片集成技术的提高和新封装技术的发展，芯片的等效寄生电容也随之增大。因此，导致芯片携带的电荷量增加，这就需要增加CDM ESD保护设计的保护能力。
综上所述，在CMOS技术中集成电路ESD保护设计的重要性再怎么强调也不为过。随着ic在应用和功能方面的不断发展和能力的不断提高，很明显，ESD保护的设计也必须发展。
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