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2020年3月31日—对于通用IO端口，一般选MOS管作为ESD防护元件，采用其击穿的snapback特性，…...以NMOS为例，简述其snapback特性的原理。PN结的 ...

静电释放(electro-static discharge,ESD)对电子产品的危害很大，因而静电防护(ESD protection)是电路设计和制造过程中很重要的一部分。

对于通用IO端口，一般选MOS管作为ESD防护元件，采用其击穿的snapback特性，可以做到比较好ESD防护能力，但寄生电容大，因而不适用于高速信号的IO端口。对于高速IO端口，一般采用双二极管(dual-diode)结构作为ESD防护元件，采用二极管的正向导通特性(forward behavior)。ESD防护元件工作原理见图1.1，四个模式的含义如下，PS-mode: VSS接地，正的ESD电压出现在IO端口引脚PAD上；NS-mode: VSS接地，负的ESD电压出现在IO端口引脚PAD上；PD-mode: VDD接地，正的ESD电压出现在IO端口引脚PAD上；ND-mode: VDD接地，负的ESD电压出现在IO端口引脚PAD上。

以NMOS为例，简述其snapback特性的原理。PN结的特点是正向导通反向截止，很低正向电压差可使得PN结开始正向导通，但是很高的反向电压差会让PN结发生雪崩击穿而导通。NMOS的gate/source/bulk均接地(gate-grounded NMOS,GGNMOS)，在drain有大电压时，drain-bulk反向PN结雪崩击穿而有大电流从drain流向衬底(bulk)，大电流在衬底电阻形成压降，导致bulk-sourcePN结正偏，从而导致NMOS寄生的横向NPN管导通，即snapback特性，起到保护电路作用。一般来讲，PMOS管的bulk-drain反向PN结的击穿电压比较高，横向寄生PNP的放大系数比较小，电流泄放能力比较差，即snapback特性差一些，可以说PMOS管作为防护元件其ESD防护能力比较差，但作为被保护器件，相对于NMOS管，PMOS管更不容易坏。

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