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關(guān)于On-chip ESD 在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和介紹

弘模半導(dǎo)體 ? 來源:djl ? 2019-09-08 11:12 ? 次閱讀
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Cisco(思科)預(yù)測(cè),到2020年底,將有超過500億臺(tái)設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng),它被稱為物聯(lián)網(wǎng)。許多人非常好奇得想知道如何把自己的冰箱連接到互聯(lián)網(wǎng)上,并且能帶來益處。其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自動(dòng)化購物清單,當(dāng)你結(jié)合傳感器、執(zhí)行器和網(wǎng)絡(luò)智能時(shí),有著無限可能,比如它可以提高生產(chǎn)力,節(jié)約資源,甚至可以預(yù)防人類健康問題。

許多物聯(lián)網(wǎng)芯片可以使用非常成熟的制程工藝,比如0.25um,180nm,130nm等,而這些工藝在20年前是屬于一流的。很多人會(huì)認(rèn)為,半導(dǎo)體制造工廠已經(jīng)覆蓋了靜電保護(hù)(ESD),電氣過應(yīng)力(EOS)和閂鎖的每一個(gè)方面,而且已經(jīng)非常成熟。然而,據(jù)我們的了解,很多創(chuàng)新的半導(dǎo)體初創(chuàng)公司,在許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序需要非標(biāo)準(zhǔn)的on chip ESD保護(hù), 這也是這篇文章要談的。

1)非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電壓

一些物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)除了典型的通用I/O(GPIO)提供的接口外,還包括具有鮮明的信號(hào)條件下的傳感器接口(5V或20V)。我們的許多客戶要求容忍5V的ESD,其主要用于如電池連接(4.5v-5v電池),傳統(tǒng)的通信接口USB。我們已經(jīng)建立了5V電壓的on-chip ESD, 工藝從180nm到16nm。在28nm工藝下,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)1.8V IO,我們甚至根據(jù)客戶的特殊要求,達(dá)到了12V Overdrive。

案例:削波電路保護(hù)無線接口電路的超高電壓

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同樣,傳感器俘獲的小信號(hào),比如幾毫伏或毫安級(jí)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)非常可能迷失在噪聲中或由于GPIO的漏電而丟失。

2)低漏電要求

許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序通過電池運(yùn)行或者創(chuàng)新設(shè)計(jì)收獲能源,設(shè)計(jì)師們竭盡全力減少功能電路的漏電或者獲得新的能源。晶圓廠在其終端也提供了特殊的低功耗工藝選項(xiàng),以減少動(dòng)態(tài)功耗并且增加待機(jī)時(shí)間。然而,所有以上的努力工作,很有可能由于選擇了漏電比較大的on-chip ESD 而變得無功而返。

3)子系統(tǒng)的斷電

為了進(jìn)一步減少泄漏,只有一小部分系統(tǒng)一直處于運(yùn)行狀態(tài)。除非需要,否則所有其他電路都關(guān)閉。傳統(tǒng)的ESD保護(hù)會(huì)導(dǎo)致上面的努力功虧于潰,如果一旦信號(hào)被加載到不需要工作的I/O電路上。因此,IO和ESD的完美架構(gòu),才能使功耗達(dá)到更低的要求。

4)無線接口

每個(gè)系統(tǒng)都需要通信。因此,在所有的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)上都可以找到無線接口。這就需要片上ESD保護(hù)的低寄生電容(100ff或更低,公司曾經(jīng)在高速電路中實(shí)現(xiàn)15ff)。比如藍(lán)牙接口的ESD保護(hù)和實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的ESD保護(hù):

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5)芯片上的系統(tǒng)級(jí)保護(hù)

許多創(chuàng)新系統(tǒng)都是低成本和移動(dòng)的,這也與ESD有關(guān)。為了減少尺寸和物料清單(BOM),系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員從小型印刷電路板(PCB)上移除板級(jí)ESD保護(hù)塊。20年前,在實(shí)際使用產(chǎn)品時(shí),加入了這種瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)來保護(hù)集成電路免受ESD壓力的影響。目前,越來越多電路沒有TVS的保護(hù),由于較短的PCB集成電路,業(yè)界一般用更嚴(yán)厲的ESD事件,比如如IEC 61000-4-2對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試。此外,在這些移動(dòng)系統(tǒng)中,因?yàn)樗鼈冊(cè)趷毫迎h(huán)境中工作, 所以 on-chip ESD承壓的概率要高得多。

IEC 61000-4-2保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用:

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顯然,IC設(shè)計(jì)者需要考慮他們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的ESD保護(hù)策略,最明智的做法是依靠硅驗(yàn)證(Si-Proven) 的on-chip ESD IP來加速設(shè)計(jì)的產(chǎn)品引入市場(chǎng),以免ESD過不了,不得不重新設(shè)計(jì)。ESD的需求,請(qǐng)聯(lián)系info@xmodtech.cn

Silicon Proven on-chip ESD IP :(另有SOI,3DIC,抗輻射等各種IP)

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    什么是聯(lián)網(wǎng)技術(shù)?

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