闩锁现象的分析与讨论

1. 什么是闩锁效应？

2. ESD会导致闩锁效应

ESD 和相关的电压瞬变都会引起闩锁效应（latch-up），是半导体器件失效的主要原因之一。如果有一个强电场施加在器件结构中的氧化物薄膜上，则该氧化物薄膜就会因介质击穿而损坏。很细的金属化迹线会由于大电流而损坏，并会由于浪涌电流造成的过热而形成开路。这就是所谓的“闩锁效应”。在闩锁情况下，器件在电源与地之间形成短路，造成大电流、EOS（电过载）和器件损坏。

3. 闩锁的表现形式

表现形式的差别主要源于芯片自身的结构和抗闩锁的能力，因此在系统中需要根据具体情况来分析判断。大体有三种类型：

第一种是一旦满足触发条件芯片就迅速进入闩锁状态，芯片阻抗降低，电源电流很大导致芯片发热或烧毁；

第二种为闩锁电流较小时，芯片进入闩锁状态后逐渐发热并可能导致永久失效；

第三种表现是芯片工作失效，但本身可能不发热，也就是进入闩锁状态时闩锁电流很小，不会造成芯片的永久损伤。

4. 闩锁的触发机制

实际电路系统中产生触发条件的原因是复杂和多样的，因此寻找触发的原因是解决闩锁问题的关键，可分成三类：

一是I/O口引脚电压高于电源电压或低于地；

二是拉出或灌入电流过大；

三是大的浪涌电压及电流。

5. 设计中如何预防？

防止闩锁需要综合考虑电路的设计，一般对于芯片的I/O口、使能信号、片选信号等不应直接接地或接电源，而应根据需要串接一定阻值的电阻，同时避免直接驱动大电流的器件。对于有速度要求的电路应尽可能选用满足条件的低速器件，减少信号的反射和干扰。多电源系统设计不当很容易引发闩锁，因此必须认真设计系统的电源控制电路。抗闩锁的措施有很多种，但应当尽可能简单以降低系统的复杂性。

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