CMOS數(shù)字IC三態(tài)輸出管腳漏電路徑分析

CMOS數(shù)字IC三態(tài)輸出管腳漏電路徑分析

數(shù)字三態(tài)輸出管腳漏電路徑分析李興鴻,趙俊萍,王勇,方測寶,黃鑫北京微電子技術(shù)討論所,北京100076數(shù)字三態(tài)輸出管腳漏電路徑分析李興鴻,趙俊萍,王勇,方測寶,黃鑫北京微電子技術(shù)討論所,北京100076本文從雙電源電壓三態(tài)輸出電路原理結(jié)構(gòu)圖動身,列出了引起、、、失效的可能緣由,通過估算指出引起高阻高電平漏電失效而其它功能參數(shù)都正常的失效模式的失效位置為輸出管的驅(qū)動級的管漏電所致。

數(shù)字;三態(tài)輸出;漏電;故障定位前言在集成電路中,常常用到三態(tài)輸出結(jié)構(gòu)。

對于三態(tài)輸出結(jié)構(gòu),通常要進(jìn)行輸出高電平測試、輸出低電平測試、高阻態(tài)低電平漏電測試、高阻態(tài)高電平漏電測試[1]。

由于多電源端口電路比較簡單,多層金屬布線相互遮蓋后難于觀看,導(dǎo)致看似簡潔的端口電參數(shù)失效定位常常消失一些爭議,故以此文為小結(jié)說明三態(tài)輸出端口可能的失效位置,以備分析參考。

1典型的三態(tài)輸出結(jié)構(gòu)現(xiàn)在的集成電路一般都有凹凸不同的多種電源。

、、帶輸出訪能掌握端、具有低到高電平移位電路的數(shù)字三態(tài)輸出結(jié)構(gòu)原理如圖1所示[2]。

其中1、1是輸出級的和管;2、2為柵接電源和柵接地的柵耦互補(bǔ)型晶體管防護(hù)單元[3]。

通過輸出訪能端的信號掌握實(shí)現(xiàn)三態(tài)輸出功能。

當(dāng)輸出訪能端=1時(shí),,反相器的輸出節(jié)點(diǎn)低電平0。

故1和都處于關(guān)斷狀態(tài),輸出端為高阻狀態(tài)。

當(dāng)=0時(shí),內(nèi)核輸入0~~。

2失效定位當(dāng)輸出為低電平常,在輸出與地之間加規(guī)定的灌電流測試輸出電平的值,最大值小于肯定值則認(rèn)為合格[4]。

這些值有肯定的分布,太小和大于規(guī)定值都應(yīng)判為失效。

太小的緣由有圖1中對地愛護(hù)結(jié)構(gòu)中的2愛護(hù)結(jié)構(gòu)漏電或低壓擊穿、輸出1管結(jié)低壓擊穿或穿通,即1管有到地的并聯(lián)低阻通道。

太大的緣由有輸出管1部分結(jié)損傷不受柵控使實(shí)際柵控溝道削減、柵氧受損使溝道掌握力量減弱開通電阻變大,也可以是輸出級1管的前級本文為損壞導(dǎo)致驅(qū)動力量降低輸出級1柵壓不夠高。

即為前級的漏電流大造成。

由于門電路具有波形整形作用,瑕疵波形經(jīng)過一級整形后就可正常,所以不用考慮前面的其它級的故障對輸出的影響。

太大的緣由還可以是1輸出管沒完全關(guān)斷漏電,或?qū)﹄娫磹圩o(hù)結(jié)構(gòu)的2愛護(hù)結(jié)構(gòu)漏電或低壓擊穿造成。

1輸出管的不完全關(guān)斷可以是1本身缺陷造成,如1部分結(jié)損傷不受柵控使實(shí)際柵控溝道削減、柵氧受損使溝道掌握力量減弱開通電阻變大,也可以是1的前級本文為損壞導(dǎo)致驅(qū)動力量降低1柵壓不夠低。

即為前級的漏電流大造成。

3失效定位當(dāng)輸出為高電平常,在輸出與地之間加規(guī)定的拉電流測試輸出電平的值,最小值大于肯定值則認(rèn)為合格[4]。

這些值都應(yīng)有肯定的分布,太大和小于規(guī)定值都應(yīng)判為失效。

太大的緣由有對電源愛護(hù)結(jié)構(gòu)中的2漏電或低壓擊穿、1管結(jié)低壓擊穿或穿通,即與1管有到電源的并聯(lián)通道。

太小的緣由有1管部分結(jié)損傷不受柵控使實(shí)際柵控溝道削減、柵氧受損使溝道掌握力量減弱開通電阻變大,也可以是1管的前級損壞導(dǎo)致驅(qū)動力量降低1柵壓不夠低。

即為前級的漏電流大造成。

太小的緣由還可以是1輸出管沒完全關(guān)斷漏電,或?qū)Φ貝圩o(hù)結(jié)構(gòu)的愛護(hù)結(jié)構(gòu)漏電或低壓擊穿造成。

1的不完全關(guān)斷可以是1本身缺陷造成,如1管部分結(jié)損傷不受柵控使實(shí)際柵控溝道削減、柵氧受損使溝道掌握力量減弱開通電阻變大,也可以是1的前級即損壞導(dǎo)致驅(qū)動力量降低1柵壓不夠低。

即為前級即的漏電流大造成。

4失效定位高阻態(tài)使能信號為高時(shí)=1,首先應(yīng)使輸出級的1及1都截止,然后再在輸出端加高電平測其對地的電流,此電流一般應(yīng)很小,如≤1。

假如大,則有如下緣由:11漏電大22漏電大31稍微開啟。

緣由是1的前級損壞導(dǎo)致驅(qū)動力量降低1柵壓不夠低。

即為前級的漏電流大造成。

5失效定位高阻態(tài)后再在輸出端加低電平測其對電源的拉電流,此電流一般應(yīng)很小,如≤1。

假如大,則有如下緣由:11漏電大22漏電大圖1三態(tài)數(shù)字輸出電路原理圖31稍微開啟。

緣由是1的前級損壞導(dǎo)致驅(qū)動力量降低2柵壓不夠高。

即為前級的漏電流大造成。

6高阻漏電流大定位分析舉例在某集成電路的調(diào)試過程中,發(fā)覺多只器件三態(tài)輸出管腳的三態(tài)輸出高電平漏電流參數(shù)變大,,電路功能測試正常,和等其它參數(shù)正常。

芯片三態(tài)高阻態(tài)輸出管腳正常顯示值應(yīng)為。

在電源不上電狀況下,三態(tài)輸出管腳與其他管腳曲線相同,有截止區(qū),無漏電。

上電后置成高阻態(tài)時(shí)此端對地有漏電,為約5的線性電阻。

依據(jù)第3、4節(jié)的分析,因和等其他參數(shù)正常、以及不加電源時(shí)無漏電,所以與輸出端就是管腳直接相連的1、1、2及2等均應(yīng)正常。

依據(jù)第5節(jié)的分析,排解1及2后,大的緣由是1的前級的漏電流大造成。

假定閾值電壓=,1的系數(shù)可由管線性區(qū)方程結(jié)合測試額定值計(jì)算出,然后依據(jù)測時(shí)飽和區(qū)方程計(jì)算出1的柵源電壓[5]。

本例1的系數(shù)約92,,計(jì)算過程略。

依據(jù)測試額定值還可計(jì)算出1開通電阻約為50Ω。

假定輸出級管子的溝道寬長比比驅(qū)動級管子大500倍,則1驅(qū)動級的管的開通電阻約25。

即的管可等效為約50的電阻。

也就是說,本應(yīng)截止的驅(qū)動級即的截止電阻應(yīng)到Ω量級損傷成了約50級的電阻了。

1的驅(qū)動級的管漏電會影響及測量數(shù)值嗎答案是不會。

如測時(shí),1導(dǎo)通,無論其前級的是什么狀態(tài),的輸出應(yīng)為高電平且也會輸出高電平,對無影響。

如測時(shí),1開通開通電阻約為50Ω,1應(yīng)截止實(shí)際未截止,約5電阻,其前級輸出應(yīng)為低電平實(shí)際為約1電壓,但電阻分壓的結(jié)果是輸出為接近電源電壓的高電平=-,因此對無影響。

如從=--其中:為測試額定電流,為1開通電阻來看,與1的前級驅(qū)動更是沒有任何關(guān)系。

7小結(jié)本文從凹凸兩種電源電壓的三態(tài)輸出電路原理結(jié)構(gòu)圖動身,列出了引起輸出端口參數(shù)、、、失效的可能緣由。

通過舉例計(jì)算,直觀地定位出引起高阻高電平漏電失效而其它功能參數(shù)都正常的失效模式的失效位置應(yīng)為輸出管的前級驅(qū)動級的管漏電所致。

此例說明,不要見到端口漏電就推斷為端口自身損壞,仍要全面認(rèn)真分析推斷。

盡可能將各種可能性都進(jìn)行鑒別,并適當(dāng)進(jìn)行一些簡潔計(jì)算,使定位更精確?????,以免實(shí)行了錯(cuò)誤的推動措施而造***力、物力準(zhǔn)時(shí)間的鋪張而再回到問題未解決的原點(diǎn)的尷尬局面。

[1]《現(xiàn)代集成電路測試技術(shù)》[].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,.[2]劉艷艷,[].南開高校學(xué)報(bào)自然科學(xué)版,2023,411.[3],2[].,2023.[4]--883,[5]高保嘉,分析與