如何測試ESD保護設計中的傳輸線脈沖TLP

作者：時間：2024-03-28 來源：Tektronix

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隨著電子器件在汽車和其他產(chǎn)品上的應用越來越廣泛（智能化），芯片的集成度也越來越高、體形也越來越小、研發(fā)的難度也越來越高，這些器件通常具有線間距短、線細、集成度高、運算速度快、功耗低和高輸入阻抗的特點，這也導致了這類器件對靜電的要求越來越高。其中涉及到的標準為：ESD SP5.5.1-2004、ISO7637-2、GB/T.21437.2、ECER10.05 6.9、IEC62615:2010。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202403/456915.htm

其中在很多器件的ESD性能，都會使用TLP 測試，除了使用標準的TLP脈沖發(fā)生器之外，還需要使用示波器對其脈沖進行測量。

TLP測試

TLP（Transmission Line Pulse）測試又稱為傳輸線脈沖測試，是對靜電防護半導體器件進行描述的一種常用方法。1985年由Maloney等人就提出的ESD模擬方法，與傳統(tǒng)的HBM、MM、CDM、IEC模型不同，傳輸線脈沖發(fā)生器發(fā)出的是靜電模擬方波，而傳統(tǒng)模式發(fā)出的則是RC-LC模式的脈沖波形。

對于其他（CDM、HBM、MM等）的靜電模型，在相同損傷能量下，TLP與各種靜電模型均有近似的等效關系，同時考慮到上升沿的觸發(fā)效應，因此，一般會使用相近的脈寬和上升沿進行等效，通過進一步的影響評估，即可確認合適的不同模型靜電等效方波，通過方波測出上述曲線，即可用于該靜電模型下的ESD防護設計仿真，利用測試波形結果中的開啟-關斷特性，即可知道器件在相應模型下的響應情況。而對于IEC、火花放電等兩/三階段模型則需要通過分階段（如超快階段和普通階段）進行測試分析。

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TLP的特點

? 不模擬真實靜電放電

? 記錄被測的故障等級和特性

? Characterization/表征測試

換言之，TLP設備可模擬各種形式的ESD脈沖，在靜電損傷和上升沿觸發(fā)兩方面都可以提供近似的模擬，因此，也可以認為兩者是一致的。而在這種近似認同下，則TLP可以提供ESD過程中的IV、IT、VT三種不同的關鍵曲線，而這種曲線是其它模型所不能提供的。

需要注意的是：TLP脈沖式方波，與真實情況有一定的出入，雖然可以近似模擬，但總是會有一定的差別，完全采信TLP結果，可能會導致考核值與其它廠家的設備有一定的差異，更有甚者，由于芯片的電荷存儲效應，不同廠家的ESD測試設備之間測試結果也有一定的差異；此外，TLP系統(tǒng)是超快脈沖，輕微的寄生即可導致波形畸變，多通道的TLP系統(tǒng)在實現(xiàn)上難度較大，因此，替換常規(guī)ESD測試設備的可行性較弱。

測試

利用傳輸線產(chǎn)生的矩形短脈沖來測量ESD保護元件的電流-電壓特性曲線的方法，通過將懸空電纜充電至預定電壓并將其放電至被測器件（DUT）來生成方波。通過改變電纜長度和濾波器特性，很容易改變脈沖寬度和上升時間。

充電電壓源（VHV）提供額定能量，給傳輸線（TL）充電，產(chǎn)生一個窄方波（75ns~200ns）當開關S閉合時，被測器件（DUT）接入傳輸線路，產(chǎn)生的窄方波被作用到DUT的保護結構上。通過示波器獲取的測量值，再根據(jù)運算得到DUT兩端的電壓和電流值。

其中，我們會使用TLP發(fā)生器產(chǎn)生相關的脈沖信號，使用示波器對DUT的電壓電流進行監(jiān)控測試，測試配置參考下圖。由于脈沖信號的脈寬非常窄，同時信號上升時間為ns級，所以我們需要配置合適的示波器和相應的探頭進行測試，根據(jù)IEC61000-4-2給出的說明，這里我們需要配置1GHz測量帶寬的示波器和探頭。

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