关于On-chip ESD 在物联网的发展和介绍-电子发烧友网

Cisco（思科）预测，到2020年底，将有超过500亿台设备接入互联网，它被称为物联网。许多人非常好奇得想知道如何把自己的冰箱连接到互联网上，并且能带来益处。其实物联网远远超过自动化购物清单，当你结合传感器、执行器和网络智能时，有着无限可能，比如它可以提高生产力，节约资源，甚至可以预防人类健康问题。

许多物联网芯片可以使用非常成熟的制程工艺，比如0.25um，180nm，130nm等，而这些工艺在20年前是属于一流的。很多人会认为，半导体制造工厂已经覆盖了静电保护（ESD），电气过应力（EOS）和闩锁的每一个方面，而且已经非常成熟。然而，据我们的了解，很多创新的半导体初创公司，在许多物联网应用程序需要非标准的on chip ESD保护, 这也是这篇文章要谈的。

1）非标准信号电压

一些物联网系统除了典型的通用I/O（GPIO）提供的接口外，还包括具有鲜明的信号条件下的传感器接口（5V或20V）。我们的许多客户要求容忍5V的ESD，其主要用于如电池连接（4.5v-5v电池），传统的通信接口或USB。我们已经建立了5V电压的on-chip ESD, 工艺从180nm到16nm。在28nm工艺下，对于标准1.8V IO，我们甚至根据客户的特殊要求，达到了12V Overdrive。

案例：削波电路保护无线接口电路的超高电压

关于On-chip ESD 在物联网的发展和介绍

同样，传感器俘获的小信号，比如几毫伏或毫安级的运动检测非常可能迷失在噪声中或由于GPIO的漏电而丢失。

2）低漏电要求

许多物联网应用程序通过电池运行或者创新设计收获能源，设计师们竭尽全力减少功能电路的漏电或者获得新的能源。晶圆厂在其终端也提供了特殊的低功耗工艺选项，以减少动态功耗并且增加待机时间。然而，所有以上的努力工作，很有可能由于选择了漏电比较大的on-chip ESD 而变得无功而返。

3）子系统的断电

为了进一步减少泄漏，只有一小部分系统一直处于运行状态。除非需要，否则所有其他电路都关闭。传统的ESD保护会导致上面的努力功亏于溃，如果一旦信号被加载到不需要工作的I/O电路上。因此，IO和ESD的完美架构，才能使功耗达到更低的要求。

4）无线接口

每个系统都需要通信。因此，在所有的物联网系统上都可以找到无线接口。这就需要片上ESD保护的低寄生电容（100ff或更低，公司曾经在高速电路中实现15ff）。比如蓝牙接口的ESD保护和实时定位系统的ESD保护：

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5）芯片上的系统级保护

许多创新系统都是低成本和移动的，这也与ESD有关。为了减少尺寸和物料清单（BOM），系统设计人员从小型印刷电路板（PCB）上移除板级ESD保护块。20年前，在实际使用产品时，加入了这种瞬态电压抑制器（TVS）来保护集成电路免受ESD压力的影响。目前，越来越多电路没有TVS的保护，由于较短的PCB集成电路，业界一般用更严厉的ESD事件，比如如IEC 61000-4-2对电路进行测试。此外，在这些移动系统中，因为它们在恶劣环境中工作, 所以 on-chip ESD承压的概率要高得多。

IEC 61000-4-2保护物联网中的应用：

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