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ESD器件入门知识梳理,以tsmc28工艺为例的选型与仿真要点

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目录

1. 模拟ESD的几条线

2. 数字ESD的几条线

3. ESD中的填充模块

4. PDB3A/PDB3AC用法

5. PVDD3A, PVSS3A, PVSS2A用法

6. PVDD2DGZ, PVSS1DGZ, PVSS2DGZ用法

7. PCLAMP用法



1. 模拟ESD的几条线

TAVDD:片外电源线

TAVSS:片外地线

VSS:用于ESD放电的全局地线

AVDD:片内用于给电路供电的电源线,由TAVDD经过ESD电路产生

AVSS:片内用于给电路供电的地线,由TAVSS经过ESD电路产生

TACVDD, TACVSS中C代表core,意思就是用于core低压电路的。比如28nm工艺中,TAVDD是给2.5V电源用的,手册上通常会写给IO Voltage用,而TACVDD就是给0.9V用的,手册上通常会写给core Voltage用。

2. 数字ESD的几条线

VDD:连到core(低压)电源线以及pre-driver

VSS:连到core(低压)地线以及pre-driver,同样也是ESD全局放电总线

VDDPST:连到IO电源线以及用于电平移位和post-driver

VSSPST:连到IO地线以及用于电平移位和post-driver

POC:power on control,用于探测VDDPST的信号然后去开启VDD,由PVDD2POC产生

3. ESD中的填充模块

以模拟的ESD为例,器件名称中会带A,如果没有带A,比如PRCUT就是给数字用的。

PFILLERxA

  1. 命名中的x表示宽度,以um为单位,比如PFILLER20A就是20um宽的填充模块;
  2. 填在两个相邻的IO之间,尤其是两个IO间的距离大于1个IO cell的距离时,需要填这个FILLER;
  3. 为了更短的ESD放电路径,强烈建议用dummy PVDD/PVSS代替PFILLER放在ESD电路中,dummy的意思就是不连接电源AVDD或地AVSS,但TAVDD、TAVSS以及VSS总线要连;
  4. 数字的PFILLERx用法同。

PCORNERA

  1. 放在ESD环的角落;
  2. 出于鲁棒性考虑,两侧放VSS的ESD,也就是PVSS3A/PVSS3AC;
  3. 数字的PCORNER用法同。

PRCUTA

  1. 放在不同的电源之间用于隔开,如隔开模拟和数字电源,隔开2.5V和1.8V模拟电源;
  2. 不同电压域的TAVDD和TAVSS是断开的,但是VSS总线还是相连的;
  3. 出于鲁棒性考虑,PRCUTA两侧只能放PVDD3A或PVSS3A的ESD,不得放填充模块FILLER;
  4. 数字的PRCUT两边只能放PVSS1DGZ/PVSS3DGZ,数字电源和模拟电源隔开用PRCUTA而不是PRCUT。

PENDCAPA

  1. IO如果不是一个环,这个需要放在模拟电源一侧;
  2. 连接电阻要<1ohm,不同工艺可能要求不同;
  3. IO不是一个环要遵循额外的DRC,大致就是在IO电路一定范围内要打两个保护环(P-sub/NWell),还有一些距离什么的;
  4. 数字PENDCAP用法同这个。

4. PDB3A/PDB3AC用法

用于给输入输出的pin ESD电路,其中PDB3A是给IO高压用的,PDB3AC给core低压用的。

用法很简单,放PAD下面就行了,只要这个模块的prBndry和其他ESD的prBndry对上,TAVDD、TAVSS和VSS就可以对上。

如果PDB3A/PDB3AC连接到栅极或者漏极,最后采用二级ESD防护。

5. PVDD3A, PVSS3A, PVSS2A用法

PVDD3A

  1. TAVDD连到PAD上,是片外电源;
  2. AVDD是片外电源经过ESD产生的,给内部电路供电;
  3. TAVSS连到其他ESD的TAVSS上;
  4. VSS连到其他ESD的VSS上,为ESD全局走线。

PVSS3A

  1. TAVSS连到PAD上,是片外的地;
  2. AVSS是片外地经过ESD产生,给内部电路供电;
  3. TAVDD连到其他ESD的TAVDD上;
  4. VSS连到其他ESD的VSS上,为ESD全局走线。

PVSS2A:

  1. 用于产生全局ESD VSS走线,与PVSS3A配合使用;
  2. TAVDD、TAVSS连到其他ESD的TAVDD、TAVSS上;

6. PVDD2DGZ, PVSS1DGZ, PVSS2DGZ用法

为了更好的噪声性能,PVSS1DGZ用于提供VSS,PVSS2DGZ用于提供VSSPST。

7. PCLAMP用法

放在内部供电的VDD和VSS之间,注意走线电阻。

参考文献:

[1] TSMC N28 GENERAL I/O LIBRARY APPLICATION NOTE.

[2] Application Guide for Using TSMC N28 I/O in AAIO Placement Style.


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