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

Cisco（思科）預(yù)測，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)的通信接口或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

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)檢測非?？赡苊允г谠肼曋谢蛴捎贕PIO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)：

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：

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，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）