一個小小的反相器引發(fā)的問題

你能想到，一個小小的反相器就可以讓你的設(shè)計前功盡棄，給公司造成重大損失嗎？這個故事將展示一個反相器的威力。

在某個一切如常的工作日早上，生產(chǎn)的同事打電話找上我說B產(chǎn)品的靜態(tài)電流指標超標了，目前大概25μA左右，而正常應該在1μA以內(nèi)的。我第一反應這很可能是測試問題，畢竟測試環(huán)境的變動造成測量結(jié)果變化很常見。但經(jīng)過簡單的確認后，就發(fā)現(xiàn)并不是測試環(huán)境的問題。

具體情況是這樣的：某款量產(chǎn)A產(chǎn)品，銷量很好，一切正常。B產(chǎn)品是A的進階版，屬于驅(qū)動加強版。同樣的測試板，測試程序，A產(chǎn)品沒有任何問題，換成B產(chǎn)品，就有部分產(chǎn)品的靜態(tài)電流超標?，F(xiàn)在的問題是要找到B靜態(tài)電流超標的原因。

經(jīng)過了解，B是在A的基礎(chǔ)上修改而來，電路上只改動了IO部分邏輯和驅(qū)動強度，內(nèi)部電路完全保持原樣。經(jīng)過橫向?qū)Ρ?，一個合理的推測是，問題出在改動點的可能性很大。

咨詢了同事，之前碰到類似問題時，可以借助EMMI實驗輔助定位。

EMMI偵測：EMMI微光顯微鏡是一種效率極高的失效分錯析工具，提供高靈敏度非破壞性的故障定位方式，可偵測和定位非常微弱的發(fā)光（可見光及近紅外光），由此捕捉各種元件缺陷或異常所產(chǎn)生的漏電流可見光。

因此第一件事，我們對問題芯片進行了開蓋，然后到第三方機構(gòu)做EMMI實驗。EMMI實驗可以檢測到芯片中哪里有電流，電流越大的位置，其亮度越亮。當我們拿到最終的圖片時，發(fā)現(xiàn)芯片局部有一個亮斑（類似圖1），毫無疑問那里就是電流集中的地方。

知道了亮斑的大體位置，然后就去對照版圖，查看這塊位置對應的具體電路。找到對應的電路后，我們將電路看了好幾遍，這一塊就幾個邏輯門而已。按正常理解，邏輯門穩(wěn)態(tài)時不存在靜態(tài)電流，所以這里能有什么問題呢？我自己也看不出啥問題，于是找了幾個同事一起看看，將情況講了一下，大家看了也覺得不應該是這里有問題。最終形成的意見是：我們看到的亮斑只是一顆芯片的，如果多幾顆芯片，亮斑位置是否還在那里是不確定的，因此多找?guī)最w芯片做EMMI實驗很有必要。

現(xiàn)在回過頭看，很不幸地，我們其實和真正的故障點擦肩而過。

于是多找了幾顆芯片繼續(xù)做了EMMI實驗，可毫無例外地，每顆芯片的亮斑位置基本一樣。這基本就排除了芯片個體差異性的可能。真實問題可能就是在那塊電路那里，但幾個邏輯門怎么可能造成漏電增加呢？

圖2異常反相器

沒辦法，只能再次去看那塊電路。這次就認真多了，我們對每個邏輯門的輸入輸出都高亮來看。最終發(fā)現(xiàn)了一個異常反相器（圖2），這是一個沒有用到的反相器，它被孤零零地放在那里，仿佛是被遺忘在了無人的荒島上。（突然想到魯濱遜漂流記中那座荒島，還有孤零零的星期五。也不知那天是不是星期五）。正如圖上所示，它的輸入是懸空線，而又直接接在柵極，如果這里累積電荷的話，輸入的電位是幾伏呢？如果剛好是某個電位的時候，上下的PMOS和NMOS都處于微導通狀態(tài)，可能流過一個25μA的電流。好了，找到問題了！

但先別高興，還需要實驗佐證一下才行。好在這里的輸入線位于高層，可以很輕易地連到附近的地線。于是，當輸入連到地之后，再次進行EMMI實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)原來的亮斑消失了，靜態(tài)電流回歸到了1μA以內(nèi)！

現(xiàn)在可以給出結(jié)論：因為內(nèi)部存在一個孤立的反相器，該反相器的輸入是懸空的，當積累電荷時，輸入電位處于不確定態(tài)，因此有可能導致反相器微導通，產(chǎn)生靜態(tài)電流.
審核編輯：黃飛