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【芯知識】LU-- 閂鎖效應

2025-03-24
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LU是 Latch Up的簡寫，即閂鎖效應，也叫可控硅效應，表征芯片被觸發低阻抗通路后、電源VDD到GND之間能承受的最大電流。非車規芯片的規格書中通常都不會提供這個參數，而車規芯片的規格書中通常都會明確標注出來這個參數。這也是一個極為重要卻極容易被電子工程師忽略的參數。
閂鎖效應是CMOS工藝所特有的寄生效應，是由NMOS的有源區、P襯底、N阱、PMOS的有源區構成的N-P-N-P結構而產生的，當其中一個三極管正偏時，就會構成正反饋形成閂鎖。ESD 和相關的電壓瞬變都可能會引起閂鎖效應，是半導體器件失效的主要原因之一。一旦觸發閂鎖效應，即會產生一個低阻抗通路，如圖1，當Q1或者Q2被異常觸發導通后，會使芯片的VDD和GND之間產生大電流，如果芯片的VDD端流入的電流超過芯片Latch up能承受的電流極限，就可能會燒毀芯片。


圖片.png



圖1 CMOS寄生BJT示意圖及等效電路（注:圖片來源于網絡）
芯片被觸發進入Latch up狀態后，只有重新上電才能脫離這個鎖定狀態。
芯片研發工程師在設計層面會采用多種手段來防御閂鎖的產生，但是難以根除。在應用層面，電子工程師就需要在應用電路層面做適當的防御措施：
1）在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過規定電壓。
2）芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現瞬間的高壓。
3）在VDD供電腳加限流電阻，保證觸發Latch up后的通路極限電流小于芯片承受的能力，保護芯片不被損壞。
4）當系統由幾個電源分別供電時，開關要按下列順序：開啟時，先開啟CMOS芯片的電源，再開啟輸入信號和負載的電源；關閉時，先關閉輸入信號和負載的電源，再關閉CMOS芯片的電源。

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