无外接电源医疗设备静电问题处理方法分析

电磁兼容标准YY0505-2012在医疗器械行业执行后,医疗设备的电磁兼容问题得到极大关注,其中静电防护方面形成了一些常见的经验性的措施,如用金属外壳罩住并接地进行屏蔽、在片上使用防ESD器件等。然而,很少涉及在无外接电源情况下的研究,本文针对无外接电源情况下医疗设备的静电防护问题做了探索和分析,提出了三项整改措施,并结合整改案例进行分析。整改结果表明,本文提出的三种ESD防护措施具有实用性,对ESD防护措施研究具有一定参考价值。     

紧急停车系统

介绍紧急停车系统（ＥＳＤ）的构成和设计要求。指出根据ＥＳＤ点在风险图中的位置所构成的ＥＳＤ点之类型,可正确地选择不同的ＥＳＤ设备。     

nMOSFET X射线辐射影响研究

介绍了在强电流作用下的ggnMOS作用机理,分析了ggnMOS抗ESD能力的主要表征参数,利用X射线辐射系统和TLP测试系统研究了辐射总剂量对ggnMOS抗ESD能力的影响。试验结果表明,随辐射总剂量的增加,ggnMOS的开启电压、维持电压都将下降,这有利于提高ggnMOS的抗ESD能力,而表征其抗ESD能力的参数(二次击穿电流I2)开始随辐射总剂量的增加而减少,到达一定剂量后将随总剂量的增加而增加。     

iNARTE ESD／EMC考试常见问题

2007年《安全与电磁兼容》第1期刊登了NARTE对电磁兼容、静电放电领域工程师和技术人员认证的程序、要求等,而且2007年在中国首次组织了iNARTE的ESD工程师考试。作者将读者所关心的这一认证常见问题汇总,便于大家有更进一步的了解。     

基于0.18μm工艺的I/O端口ESD防护设计

当两个拥有不同电势的物体接触时,电势差会导致电荷流动,从而产生放电,这种现象称为静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)。ESD所产生的瞬间高电压和大电流,会烧毁击穿半导体中的器件,最终导致整个半导体芯片永久性失效。随着硅基CMOS工艺技术的不断进步,由ESD引起的失效问题也随着特征尺寸的变小而日益严重。首先分析了几种常见的静电放电模式以及测试模型,随后基于SMIC公司0.18μm BCD工艺,在传统GGNMOS抗辐照ESD结构基础上进行优化,设计一款GGNMOS+RC Power Clamp抗ESD结构。经流片测试后,证明该款电路抗ESD能力强,且性能稳定。     

A novel HBT trigger SCR in 0.35 μm SiGe BiCMOS technology

The silicon-controlled rectifier (SCR) device is known as an efficient electrostatic discharge (ESD) protection device due to the highest ESD robustness in the smallest layout area. However, SCR has some drawbacks, such as high trigger voltage and low holding voltage. In order to reduce the trigger voltage of the SCR device for ESD protection, a new heterojunction bipolar transistor (HBT) trigger silicon controlled rectifier (HTSCR) device in 0.35 μm SiGe BiCMOS technology are proposed. The underlying physical mechanisms critical to the trigger voltage are demonstrated based on transmission line pulsing (TLP) measurement and physics-based simulation results. The simulation results prove that the trigger voltage of the HTSCR is decided by the collector-to-emitter breakdown voltage of the HBT structure in floating base configuration. The ESD experiment test results demonstrate the HTSCR can offer superior performance with a small trigger voltage, an adjustable holding voltage and a high ESD robustness. In comparison to the conventional MLSCR, the trigger voltage of the fabricated HTSCR can reduce to less than 50% of that of the MLSCR, and the I_t2 of the HBT trigger SCR is 80% more than that of the MLSCR.     

CMOS集成电路中电源和地之间的ESD保护电路设计

讨论了3种常用的CMOS集成电路电源和地之间的ESD保护电路,分别介绍了它们的电路结构以及设计考虑,并用Hspice对其中利用晶体管延时的电源和地的保护电路在ESD脉冲和正常工作两种情况下的工作进行了模拟验证。结论证明：在ESD脉冲下,该保护电路的导通时间为380ns;在正常工作时。该保护电路不会导通．因此这种利用晶体管延时的保护电路完全可以作为CMOS集成电路电源和地之间的ESD保护电路。     

对空气式静电放电的研究

为改善空气放电模拟方法,用静电放电模拟测试装置研究了IEC标准规定的空气式静电放电的放电特性。通过手动方式使充电后的放电电极快速靠近电流靶获得空气静电放电事件,放电电压具有2~20 kV较宽范围的电压电平和正负电压极性。利用Agilent数字存储示波器测量了空气静电放电放电电流的上升时间、峰值以及耦合到自制的金属半圆环上的峰-峰值电压,并记录了放电电流和耦合电压的波形。通过分析和比较测量结果研究了测量参数随放电电平的变化趋势。空气放电电流的特性与静电放电抗扰度试验标准IEC 61000-4-2对接触式放电的规定类似,耦合电压与放电电压之间没有直接的相关性。实验表明在一定电压范围、电极速度可控时可能获得空气放电的重复性。     

Investigation on SCR-based ESD protection device for biomedical integrated circuits in a 0.18-μm CMOS process

In these decades, integrated circuits for biomedical electronics applications have been designed and implemented in CMOS technologies. In order to be safely used by human, all microelectronic products must meet the reliability specifications. Therefore, electrostatic discharge (ESD) must be taken into consideration. To protect the biomedical integrated circuits in CMOS technologies from ESD damage, a dual-directional silicon-controlled rectifier (DDSCR) device was presented in this work. Experimental results show that the DDSCR has the advantages of high ESD robustness, low leakage, large swing tolerance, and good latchup immunity. The DDSCR was suitable for ESD protection in biomedical integrated circuits.     

用于3.3 V电源静电防护的闩锁免疫LVTSCR

传统LVTSCR的维持电压过低,器件容易受到闩锁效应的影响而无法正常关断。为了提高传统LVTSCR的维持电压,基于0.18 μm BCD工艺,提出一种内嵌P型浅阱的新型LVTSCR (EP-LVTSCR)。采用Sentaurus TCAD,对提出的器件进行建模和测试。结果表明,该EP-LVTSCR的维持电压从传统LVTSCR的1.52 V提升到3.85 V,具有免疫闩锁效应的能力,可应用于3.3 V电源的ESD防护。