一文搞懂閂鎖效應(yīng)：電路里的“定時(shí)炸彈”與防護(hù)指南

什么是閂鎖（Latch-up）？

CMOS 工藝中的寄生晶閘管（SCR）結(jié)構(gòu)，是由 NMOS 和 PMOS 的寄生 NPN/PNP 晶體管相互連接形成的。這些寄生晶體管平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，但當(dāng)受到電壓尖峰、靜電干擾或高溫時(shí)，會(huì)觸發(fā)正反饋環(huán)路，導(dǎo)致電流在芯片內(nèi)部無(wú)限放大，最終燒毀芯片或迫使系統(tǒng)斷電。這一現(xiàn)象即為閂鎖效應(yīng)。

CMOS結(jié)構(gòu)（左）及其等效電路（右）

如何快速判斷電路是否存在閂鎖？

如果遇到以下情況，可能是閂鎖在作祟：

l 電流突然激增：芯片耗電猛增，遠(yuǎn)超正常工作電流。

l 電壓突然暴跌：電源電壓“斷崖式下跌”， 導(dǎo)致芯片復(fù)位或功能紊亂。

l 高溫更易崩潰：芯片在高溫環(huán)境下（如>85℃）更容易觸發(fā)閂鎖。

檢測(cè)方法：

l 靜電測(cè)試：模擬人體接觸放電，驗(yàn)證芯片抗ESD能力（IEC 61000-4-2）。

l 浪涌測(cè)試：模擬雷擊或電源波動(dòng)，測(cè)試電路穩(wěn)定性（IEC 61000-4-5）。

l 電腦模擬：用仿真工具（如TCAD）預(yù)判寄生結(jié)構(gòu)的觸發(fā)閾值，優(yōu)化設(shè)計(jì)。

不同器件的“觸發(fā)門檻”與防護(hù)方案：

雷卯電子的“防閂鎖武器庫(kù)”

1. 高功率接口：TVS二極管 + 自恢復(fù)保險(xiǎn)絲

l TVS二極管：納秒級(jí)響應(yīng)，將電壓尖峰箝位至安全閾值，防止寄生晶體管觸發(fā)。

l 自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（PPTC）：過(guò)流時(shí)自動(dòng)斷開電路，故障排除后自動(dòng)復(fù)位，避免持續(xù)損壞。兩者協(xié)同可阻斷閂鎖觸發(fā)條件。

2. 低電壓/高速接口：ESD靜電防護(hù)

l 低電容ESD器件：像“防靜電外套”一樣，包裹芯片接口，防止靜電“電擊”觸發(fā)閂鎖，同時(shí)不影響信號(hào)速度（如USB、HDMI）。

雷卯推薦的“防閂鎖武器”清單，按場(chǎng)景選擇，簡(jiǎn)單有效，詳細(xì)方案可關(guān)注雷卯電子公眾號(hào)或聯(lián)系雷卯EMC小哥

總結(jié)：防閂鎖三板斧

1. 設(shè)計(jì)時(shí)“防微杜漸”：

l 電源去耦：芯片電源引腳并聯(lián)0.1μF陶瓷電容，抑制電壓毛刺。

l 布局優(yōu)化：縮短敏感信號(hào)線長(zhǎng)度，減少寄生電容耦合；增加襯底和阱的接地接觸，降低寄生電阻。。

l 版圖設(shè)計(jì)：在I/O區(qū)域添加Guard Ring（環(huán)形接地層），阻止載流子擴(kuò)散觸發(fā)閂鎖。

2. 器件選型“硬核防御”：

l 高功率接口選TVS，PPTC防過(guò)流，低壓高速信號(hào)選ESD，像給電路穿“防彈衣”。

3. 雷卯“定制服務(wù)”：

l 遇到復(fù)雜場(chǎng)景？雷卯技術(shù)團(tuán)隊(duì)可量身定制方案，像“電路醫(yī)生”一樣對(duì)癥下藥！

Leiditech雷卯電子致力于成為電磁兼容解決方案和元器件供應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)品牌，供應(yīng)ESD，TVS，TSS，GDT，MOV，MOSFET，Zener，電感等產(chǎn)品。雷卯擁有一支經(jīng)驗(yàn)豐富的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，能夠根據(jù)客戶需求提供個(gè)性化定制服務(wù)，為客戶提供最優(yōu)質(zhì)的解決方案。