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一个小小的反相器引发的问题

牛牛牛 来源:模拟小笨蛋 作者:模拟小笨蛋 2023-11-30 11:38 次阅读

你能想到,一个小小的反相器就可以让你的设计前功尽弃,给公司造成重大损失吗?这个故事将展示一个反相器的威力。

在某个一切如常的工作日早上,生产的同事打电话找上我说B产品的静态电流指标超标了,目前大概25μA左右,而正常应该在1μA以内的。我第一反应这很可能是测试问题,毕竟测试环境的变动造成测量结果变化很常见。但经过简单的确认后,就发现并不是测试环境的问题。

具体情况是这样的:某款量产A产品,销量很好,一切正常。B产品是A的进阶版,属于驱动加强版。同样的测试板,测试程序,A产品没有任何问题,换成B产品,就有部分产品的静态电流超标。现在的问题是要找到B静态电流超标的原因。

经过了解,B是在A的基础上修改而来,电路上只改动了IO部分逻辑和驱动强度,内部电路完全保持原样。经过横向对比,一个合理的推测是,问题出在改动点的可能性很大。

咨询了同事,之前碰到类似问题时,可以借助EMMI实验辅助定位。

EMMI侦测:EMMI微光显微镜是一种效率极高的失效分错析工具,提供高灵敏度非破坏性的故障定位方式,可侦测和定位非常微弱的发光(可见光及近红外光),由此捕捉各种元件缺陷或异常所产生的漏电流可见光。

因此第一件事,我们对问题芯片进行了开盖,然后到第三方机构做EMMI实验。EMMI实验可以检测到芯片中哪里有电流,电流越大的位置,其亮度越亮。当我们拿到最终的图片时,发现芯片局部有一个亮斑(类似图1),毫无疑问那里就是电流集中的地方。

知道了亮斑的大体位置,然后就去对照版图,查看这块位置对应的具体电路。找到对应的电路后,我们将电路看了好几遍,这一块就几个逻辑门而已。按正常理解,逻辑门稳态时不存在静态电流,所以这里能有什么问题呢?我自己也看不出啥问题,于是找了几个同事一起看看,将情况讲了一下,大家看了也觉得不应该是这里有问题。最终形成的意见是:我们看到的亮斑只是一颗芯片的,如果多几颗芯片,亮斑位置是否还在那里是不确定的,因此多找几颗芯片做EMMI实验很有必要。

现在回过头看,很不幸地,我们其实和真正的故障点擦肩而过。

于是多找了几颗芯片继续做了EMMI实验,可毫无例外地,每颗芯片的亮斑位置基本一样。这基本就排除了芯片个体差异性的可能。真实问题可能就是在那块电路那里,但几个逻辑门怎么可能造成漏电增加呢?

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图2异常反相器

没办法,只能再次去看那块电路。这次就认真多了,我们对每个逻辑门的输入输出都高亮来看。最终发现了一个异常反相器(图2),这是一个没有用到的反相器,它被孤零零地放在那里,仿佛是被遗忘在了无人的荒岛上。(突然想到鲁滨逊漂流记中那座荒岛,还有孤零零的星期五。也不知那天是不是星期五)。正如图上所示,它的输入是悬空线,而又直接接在栅极,如果这里累积电荷的话,输入的电位是几伏呢?如果刚好是某个电位的时候,上下的PMOS和NMOS都处于微导通状态,可能流过一个25μA的电流。好了,找到问题了!

但先别高兴,还需要实验佐证一下才行。好在这里的输入线位于高层,可以很轻易地连到附近的地线。于是,当输入连到地之后,再次进行EMMI实验,结果发现原来的亮斑消失了,静态电流回归到了1μA以内!

现在可以给出结论:因为内部存在一个孤立的反相器,该反相器的输入是悬空的,当积累电荷时,输入电位处于不确定态,因此有可能导致反相器微导通,产生静态电流.
审核编辑:黄飞

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