应用一种新的TLP测试方法解决ESD所引起的系统软失效问题

1、    应用一种新的tlp测试方法解决esd所引起的系统软失效问题    刘蕊【摘 要】随着电子产品的发展，esd引发的问题越来越引起重视。tlp作为一种研究时域esd事件下的集成电路技术和电路行为的方法，被广泛应用到终端产品防护性能设计、模块或集成电路芯片的防护性能研究中。本文通过介绍tlp的基本原理提出一种新的测试方法解决了如何通过tlp测试方法进行干扰噪声注入来评估系统的esd软失效问题，该方法在手机类产品测试中非常有效。【关键词】esd；tlp；测试方法；系统软失效0 引言随着消费类终端手持式产品日益增多、结构更加复杂，且半导体工艺缩小及更小的s

2、mt封装、更低的电压等级、更低的电容值及更低的电流等级等，所面临的esd（electro-static discharge， 静电放电）挑战日趋严重。静电是一种客观存在的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦、电器间感应等。静电的特点是长时间积聚、高电压、低电量、小电流和作用时间短的特点。当两个物体接触时，其中一个趋从于另一个吸引电子，因而二者会形成不同的充电电位。人体自身的动作或与其他物体的接触，分离，摩擦或感应等因素，可以产生几千伏甚至上万伏的静电。esd对于电路引起的干扰、对元器件、cmos电路及接口电路造成的破坏等问题越来越引起人们的重视。电子设备的esd很早就作为电磁兼容性测试的一项

3、重要内容被写入国家标准和国际标准。传输线脉冲tlp（transmission line pulse）测试是通过将产生的高压脉冲注入到dut（待测器件），并测量dut在时域的电流电压波形来研究或评估集成电路esd防护性能的一种方法。本文重点介绍tlp的基本原理以及如何通过tlp测试方法进行干扰噪声注入来评估系统的esd软失效问题。1 tlp测试技术tlp 测试之前首先对电路中的一段传输线充电，然后将被测器件接入，充电后的传输线通过被测器件放电。改变电路的输入电压和传输线路的长度可以模拟不同能量的esd 脉冲，从而得到器件的esd 大电流抑制能力。tlp 测试先从小电压脉冲开始，随后连续增加直到获

4、得足够多的数据点，以作出完整的i-v 曲线。通常测试脉冲的幅度会加大到使dut 彻底损伤为止，作而获得其精确的允许最大脉冲电流，如图1所示。tlp测试技术或方法同时适用于系统级esd（标准iec61000-4-2）以及集成电路级的hbm esd（标准ansi/esda/jedec js-001-2010）。tlp通常被用于评估esd的硬失效，即增加脉冲电压的幅值直到dut损坏。应用场景如下：评估esd保护器件性能（比较动态阻抗rdyn和钳位速度）；评估设备和模块的esd失效等级；当需要不同的脉冲形状（tlp， hmm， hbm ），脉冲宽度，上升时间或者不同的电流注入等级（40a， 90a，

5、160a ）时，可使用tlp测试；评估安全工作区域；触摸板的击穿和熔断敏感度等。3 tlp测试esd软失效方法本文采用一种新的tlp测试方法，主要用来评估或定位整改esd软失效问题。以手机产品的esd为例，对金属外壳或usb连接器空气放电+-8kv，手机自动重启。金属外壳或usb连接器通常和pcb的地连接在一起，即当esd放电到系统地是便会引起失效。尝试在中断或复位信号加电容或esd保护器件瞬态抑制二极管tvs（transient voltage suppressor）均为有改善。最终采用tlp测试系统从pcb板上注入不同类型的干扰脉冲来定位并查找板子上的esd敏感区域或走线。不同于硬件失效评

6、估时dut关机状态，esd软失效的评估是在dut开机时进行的。如果将tlp系统直接连接到pcb，其寄生参数往往会影响到dut本身的正常工作，于是我们采用串接器件的方法注入脉冲干扰信号。常用的串接器件为电阻、电容或tvs，往往根据脉冲注入点的信号属性来决定。其主要区别为：电阻串联对波形改变不大，主要影响幅值；电容串接情况下只有尖端快速脉冲可以通过，尤其适用于高速脉冲信号所引起的系统失效；而tvs串接情况下，第一个尖脉冲会被tvs吸收，只有宽脉冲信号可以通过。tlp测试系统选用的是德国hppi公司的3010c，系统框图见图2。测试方法如下：（1）首先将手机板上电，一切功能正常以后，然后逐个将tlp

7、输出波形注入到pcb上。（2）将tlp的波形直接注入或者串接电阻分别注入到pcb top & bottom层的各个地，电压从低到高，定位是否存在敏感的地区域。（或结合信号完整性工具，通过谐振仿真分析潜在的热点，然后对热点进行重点分析、脉冲波形注入）（3）将tlp的波形分别串接电容或tvs，对各个电源线脉冲注入，如vdd_core， vdd_ddr， vdd_reg， avdd， vcharge等等，定位寻找敏感的电源线。（4）将tlp的波形分别串接电容或tvs，对重点或敏感信号线进行脉冲注入，如reset， interrupt， clk&data等等，定位寻找敏感的电源线。（5

8、）将以上测试结果分析总结，以本测试手机为例，最终发现jtag_rst和vdd_ddr两个电源或信号线最为敏感，最终解决办法为在jtag_rst上加1nf电容，并优化vdd_ddr的电源拓扑结构。3 小结tlp测试方法的优点有很多，如：波形简单且稳定、易于重复产生；脉冲的宽度以及幅度可任意调节，可适用于不同情况下的esd评估；可同时监测dut的電压、电流以及漏电流等实用信息；还可用于器件的建模并仿真。本应用中，除了tlp的基本优点以外还成功的将tlp应用到系统上电情况下的esd系统软失效问题，对解决电子产品中遇到的实际esd问题帮助非常大。 【参考文献】1joost willemen， davi

9、d johnsson， yiqun cao， matthias stecher， “a tlp-based characterization method for transient gate biasing of mos devices in high-voltage technologies”，electrical overstress/ electrostatic discharge symposium （eos/esd）， 2010 32nd.2d. pogany ，d. johnsson，s. bychikhi，k. esmark， p. rodin，m. stecher， e. g

10、ornik， h. gossner， “measuring holding voltage related to homogeneous current flow in wide esd protection structures using multilevel tlp”，ieee transactions on electron devices （ volume： 58， issue：2， feb.2011）.3david johnsson， harald gossner，“study of system esd codesign of a realistic mobile board”，electrical overstress/electrostatic discharge symposium （eos/esd）， 2011 33rd.4benjamin orr，david johnsson， krzysztof domanski， harald gossner， david pommerenke， “a passive coupling circuit for injecting t