DE102012009449B4

DE102012009449B4 - Method and system for protection against electrostatic discharge

Info

Publication number: DE102012009449B4
Application number: DE102012009449.3A
Authority: DE
Inventors: Harald Gossner; David Johnsson; Wolfgang Soldner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: DE102012009449A1

Abstract

System (200) für eine ESD-Schutzschaltung, wobei das System umfasst: eine Schaltung (100), die wenigstens ein nichtlineares Element umfasst; ein Anlegemodul (202) zum Anlegen eines Satzes von Stromimpulsen an die Schaltung; ein Bestimmungsmodul (204) zum Bestimmen der jeweiligen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion von wenigstens einem Schaltungselement (104, 106, 108) der Schaltung auf Grundlage des Satzes angelegter Stromimpulse; ein Modellierungsmodul (206) zum Modellieren wenigstens einer frequenzabhängigen und stromabhängigen Impedanz des wenigstens einen nichtlinearen Elements auf der Grundlage der wenigstens einen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion; ein Simulationsmodul (208) zum Simulieren des Reagierens der Schaltung auf einen angelegten Stromimpuls auf der Grundlage des Modells; ein Vergleichsmodul (210) zum Vergleichen einer Spannungsamplitude und einer abgeführten Energie wenigstens eines Elements der Schaltung mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Spannung und mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Energie; und ein Korrekturmodul (212) zum Einstellen wenigstens eines Parameters der Schaltung auf der Grundlage des Vergleichs der Spannungsamplitude und der abgeführten Energie mit dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Spannung und mit dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Energie.A system (200) for an ESD protection circuit, the system comprising: a circuit (100) comprising at least one non-linear element; a docking module (202) for applying a set of power pulses to the circuit; a determination module (204) for determining the respective frequency dependent and amplitude dependent transfer function of at least one circuit element (104, 106, 108) of the circuit based on the set of applied current pulses; a modeling module (206) for modeling at least one frequency dependent and current dependent impedance of the at least one nonlinear element based on the at least one frequency dependent and amplitude dependent transfer function; a simulation module (208) for simulating reacting the circuit to an applied current pulse based on the model; a comparison module (210) for comparing a voltage amplitude and a dissipated energy of at least one element of the circuit with at least one fault threshold voltage and at least one fault threshold of the power; and a correction module (212) for adjusting at least one parameter of the circuit based on the comparison of the voltage amplitude and the dissipated energy with the at least one fault threshold of the voltage and the at least one fault threshold of the power.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf den Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD). Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren und auf ein System zur Bereitstellung eines ESD-Schaltungsschutzes.The present invention relates generally to electrostatic discharge (ESD) protection. More particularly, the present disclosure relates to a method and system for providing ESD circuit protection.

In einem ESD-System können integrierte Schaltungschips Verbindungselemente umfassen, die zu externen Verbindungen freiliegen. Zum Beispiel sind dies kritische Anschlussstifte, die an einen Signalbus angeschlossen sind, der mehrere PCBs verbindet oder Anschlussstifte, die an externe Verbinder wie etwa USB-Anschlussstifte angeschlossen sind. Diese Verbindungselemente sind mit zusätzlichen leiterplattenintegrierten aktiven und passiven Schutzelementen ausgestattet, um hohen Systembelastungsimpulsen standzuhalten. Die leiterplattenintegrierte Schaltung dieser Verbindungselemente und die leiterplattenintegrierte Schutzschaltungsanordnung müssen hinsichtlich Einschalt- und Klemmverhalten angepasst sein. Zum Beispiel müssen die leiterplattenintegrierten Dioden für den Schutz die meisten der Ströme und Grenzspannungsabfälle über die leiterplattenintegrierte Schaltung externer Verbindungselemente nebenschließen. In einigen Fällen müssen die passiven Schutzelemente wie etwa Widerstände möglicherweise in der Weise angeordnet werden, dass sie diese Anpassung bereitstellen. Es besteht ein Bedarf an einem System und einem Verfahren zur Schaffung einer ESD-Schutzschaltung mit notwendigen Platinenkomponenten und IC-Anforderungen.In an ESD system, integrated circuit chips may include connectors that are exposed to external connections. For example, these are critical pins connected to a signal bus connecting multiple PCBs or pins connected to external connectors such as USB pins. These connectors are equipped with additional board-integrated active and passive protection elements to withstand high system load pulses. The printed circuit board-integrated circuit of these connecting elements and the printed circuit board-integrated protective circuit arrangement must be adapted with regard to switch-on and clamping behavior. For example, the printed circuit board integrated diodes for protection must shunt most of the currents and marginal voltage drops across the PCB integrated circuit of external connectors. In some cases, the passive protection elements, such as resistors, may need to be arranged to provide this adaptation. There is a need for a system and method for providing an ESD protection circuit with necessary board components and IC requirements.

US 7 024 646 B2 beschreibt Systeme und Verfahren zur Simulation von ESD in integrierten Schaltkreisen. Insbesondere ist beschrieben, Übertragungsleitungsimpulse (engl. Transmission Line Pulses, TLP) an elektrische Komponenten anzulegen, das Strom-Spannungs(I–V)-Verhalten der Komponenten zu ermitteln und daraus Parameter für eine Schaltkreissimulation zu ermitteln. US Pat. No. 7,024,646 B2 describes systems and methods for simulating ESD in integrated circuits. In particular, it is described to apply transmission line pulses (TLP) to electrical components, to determine the current-voltage (I-V) behavior of the components and to determine therefrom parameters for a circuit simulation.

US 2005/0065762 A1 beschreibt die Modellierung des Snapback-Verhaltens einer ESD-Schutzvorrichtung zur Simulation eines Schaltkreises, der die ESD-Schutzvorrichtung enthält. US 2005/0065762 A1 describes the modeling of the snapback behavior of an ESD protection device to simulate a circuit containing the ESD protection device.

Das Dokument „Maloney, T. J., Khurana, N.: Transmission line pulsing techniques for circuit modeling of ESD phenomena. EOS/ESD Symposium, September 1985, S. 49–54” beschreibt die Verwendung von Übertragungsleitungsimpulsen bei der Schaltkreismodellierung von ESD-Phänomenen.The document "Maloney, T.J., Khurana, N .: Transmission line pulsing techniques for circuit modeling of ESD phenomena. EOS / ESD Symposium, September 1985, pp. 49-54 "describes the use of transmission line pulses in circuit modeling of ESD phenomena.

US 2004/0239346 A1 beschreibt Verfahren zum Ermitteln der Strom-Spannungs(I–V)-Charakteristik von Vorrichtungen, bei denen negatives Widerstandsverhalten beobachtet wird, zum Ermitteln des ESD-Verhaltens der Vorrichtungen. Insbesondere ist beschrieben, die I–V-Charakteristik der Vorrichtungen unter Verwendung von Signalen zu ermitteln, die mindestens zwei Amplituden innerhalb eines Pulses aufweisen. US 2004/0239346 A1 describes methods for determining the current-voltage (I-V) characteristic of devices in which negative resistance behavior is observed for determining the ESD behavior of the devices. In particular, it is described to determine the I-V characteristic of the devices using signals having at least two amplitudes within one pulse.

US 2007/0276642 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen eines Hochfrequenzersatzschaltkreisdiagramms für elektronische Komponenten. US 2007/0276642 A1 describes a method for generating a high frequency equivalent circuit diagram for electronic components.

Bei den oben genannten, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur ESD-Modellierung bzw. Simulation erfolgen Berechnungen im Zeitbereich.In the case of the abovementioned methods known from the prior art for ESD modeling or simulation, calculations take place in the time domain.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verglichen mit den aus dem oben genannten Stand der Technik bekannten Verfahren mehr Informationen über das ESD-Verhalten von Schaltungselementen zu erhalten, um eine bessere Anpassung einer ESD-Schutzschaltung an eine zu schützende Schaltung erreichen zu können.The invention has for its object to obtain more information about the ESD behavior of circuit elements compared to the known from the above-mentioned prior art method, in order to achieve a better adaptation of an ESD protection circuit to a circuit to be protected.

Die Aufgabe wird durch ein System gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 14 und ein Computerprogrammprodukt gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 19 gelöst.The object is achieved by a system according to independent claim 1, a method according to independent claim 14 and a computer program product according to independent claim 19.

Ein Aspekt des in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Systems und Verfahrens besteht darin, dass Berechnungen im Frequenzbereich erfolgen, wodurch im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem Berechnungen im Zeitbereich erfolgen, mehr Informationen gewonnen werden können.One aspect of the system and method described in the present application is that calculations are performed in the frequency domain, which allows more information to be obtained as compared to the prior art in which time domain calculations are made.

Ein System für eine ESD-Schutzschaltung umfasst eine Schaltung, die wenigstens ein nichtlineares Element umfasst und ein Anlegemodul zum Anlegen eines Satzes von Stromimpulsen an die Schaltung. Das System umfasst weiterhin ein Bestimmungsmodul zum Bestimmen der jeweiligen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion von wenigstens einem Schaltungselement der Schaltung auf Grundlage des Satzes angelegter Stromimpulse; ein Modellierungsmodul zum Modellieren wenigstens einer frequenzabhängigen und stromabhängigen Impedanz des wenigstens einen nichtlinearen Elements auf der Grundlage der wenigstens einen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion; ein Simulationsmodul zum Simulieren des Reagierens der Schaltung auf einen angelegten Stromimpuls auf der Grundlage des Modells; ein Vergleichsmodul zum Vergleichen einer Spannungsamplitude und einer abgeführten Energie wenigstens eines Elements der Schaltung mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Spannung und mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Energie; und ein Korrekturmodul zum Einstellen wenigstens eines Parameters der Schaltung auf der Grundlage des Vergleichs der Spannungsamplitude und der abgeführten Energie mit dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Spannung und mit dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Energie.A system for an ESD protection circuit includes a circuit comprising at least one non-linear element and a docking module for applying a set of current pulses to the circuit. The system further comprises a determination module for determining the respective frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function of at least one circuit element of the circuit based on the set of applied current pulses; a modeling module for modeling at least one frequency dependent and current dependent impedance of the at least one nonlinear element based on the at least one frequency dependent and amplitude dependent transfer function; a simulation module for simulating the reacting of the circuit to an applied current pulse based on the model; a comparison module for comparing a voltage amplitude and a dissipated energy of at least one element of the circuit with at least one fault threshold value of the voltage and at least one fault threshold value of the energy; and a correction module for adjusting at least one parameter of A circuit based on the comparison of the voltage amplitude and the dissipated energy with the at least one fault threshold of the voltage and the at least one fault threshold of the energy.

In einer Ausgestaltung des Systems ist das Anlegemodul zum Anlegen wenigstens eines Stromimpulses mit unterschiedlichen Strompegeln und mit einer vorgegebenen Impulslänge konfiguriert.In one embodiment of the system, the application module for applying at least one current pulse is configured with different current levels and with a predetermined pulse length.

In einer Ausgestaltung des Systems ist das Bestimmungsmodul zum Ableiten der wenigstens einen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion aus einer Fourier-Transformation einer zeitabhängigen einfallenden Signalform und einer übertragenen Signalform bei jedem der verschiedenen Strompegel konfiguriert.In one embodiment of the system, the determination module for deriving the at least one frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function is configured from a Fourier transform of a time-dependent incoming waveform and a transmitted waveform at each of the different current levels.

In einer Ausgestaltung des Systems ist das Modellierungsmodul zum Berechnen wenigstens einer frequenzabhängigen und stromabhängigen Impedanz auf der Grundlage einer Nachschlagetabelle einer Übertragungsfunktion, die mit Hilfe einer Fourier-Transformation bestimmt worden ist, konfiguriert.In one embodiment of the system, the modeling module is configured to calculate at least one frequency-dependent and current-dependent impedance based on a look-up table of a transfer function determined using a Fourier transform.

In einer Ausgestaltung des Systems ist das Modellierungsmodul zum Ableiten einer analytischen Funktion auf der Grundlage eines Ergebnisses der Fourier-Transformation und zum Berechnen wenigstens einer frequenzabhängigen und stromabhängigen Impedanz unter Verwendung der analytischen Funktion konfiguriert.In one embodiment of the system, the modeling module is configured to derive an analytic function based on a result of the Fourier transform and to calculate at least one frequency dependent and current dependent impedance using the analytic function.

In einer Ausgestaltung des Systems ist der wenigstens eine Stromimpuls wenigstens ein Übertragungsleitungsimpuls mit einer variablen Impulslänge.In one embodiment of the system, the at least one current pulse is at least one transmission line pulse having a variable pulse length.

In einer Ausgestaltung des Systems umfasst der wenigstens eine Fehlerschwellenwert der Spannung mehrere Spannungsamplituden innerhalb eines Frequenzbereichs.In one embodiment of the system, the at least one fault threshold value of the voltage comprises a plurality of voltage amplitudes within a frequency range.

In einer Ausgestaltung des Systems umfasst der wenigstens eine Fehlerschwellenwert der Energie mehrere Energiepegel in einem Impulsdauerregime, in dem der wenigstens eine Fehlerschwellenwert der Energie von der Länge des Satzes angelegter Stromimpulse abhängt.In one embodiment of the system, the at least one error threshold of the energy comprises a plurality of energy levels in a pulse duration regime in which the at least one error threshold of the energy depends on the length of the set of applied current pulses.

In einer Ausgestaltung des Systems umfasst der wenigstens eine Fehlerschwellenwert der Energie mehrere Energiepegel in einem quasistationären Regime, in dem der wenigstens eine Fehlerschwellenwert der Energie von der Länge des Satzes angelegter Stromimpulse unabhängig ist.In one embodiment of the system, the at least one error threshold of the energy comprises a plurality of energy levels in a quasi-stationary regime in which the at least one error threshold of the energy is independent of the set of applied current pulses.

In einer Ausgestaltung des Systems umfasst die Spannungsamplitude wenigstens eines Elements der Schaltung einen Satz stromabhängiger Kurven.In one embodiment of the system, the voltage amplitude of at least one element of the circuit comprises a set of current-dependent curves.

In einer Ausgestaltung des Systems ist das Vergleichsmodul zum Vergleichen einer Amplitude jeder Kurve des Satzes stromabhängiger Kurven mit einem gegebenen Spannungsfehlerprofil konfiguriert.In one embodiment of the system, the comparison module is configured to compare an amplitude of each curve of the set of current dependent curves with a given voltage error profile.

In einer Ausgestaltung des Systems ist das Simulationsmodul zum Bestimmen der abgeführten Energie wenigstens eines Elements der Schaltung auf der Grundlage einer Integration einer abgeführten Energie über die Frequenz wenigstens eines Elements der Schaltung konfiguriert.In one embodiment of the system, the simulation module is configured to determine the dissipated energy of at least one element of the circuit based on integration of dissipated energy over the frequency of at least one element of the circuit.

In einer Ausgestaltung des Systems ist das Simulationsmodul zum Bestimmen der Integration einer abgeführten Leistung wenigstens eines Elements der Schaltung auf der Grundlage einer Integration eines Leistungsspektrums des wenigstens einen Stromimpulses und eines Verhältnisses einer übertragenen Stromamplitude zu einer einfallenden Stromamplitude konfiguriert.In one embodiment of the system, the simulation module is configured to determine the integration of a dissipated power of at least one element of the circuit based on integration of a power spectrum of the at least one current pulse and a ratio of a transmitted current amplitude to an incident current amplitude.

Ein Verfahren zum Bereitstellen einer ESD-Schutzschaltung umfasst ein Anlegen eines Satzes von Stromimpulsen an eine Schaltung, welche wenigstens ein nichtlineares Element umfasst; ein Bestimmen wenigstens der jeweiligen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion von wenigstens einem Schaltungselement der Schaltung auf der Grundlage des Satzes angelegter Stromimpulse und ein Modellieren wenigstens einer frequenzabhängigen und stromabhängigen Impedanz des wenigstens einen nichtlinearen Elements der Schaltung auf der Grundlage der wenigstens einen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion; ein Simulieren des Reagierens der Schaltung auf einen angelegten Stromimpuls auf der Grundlage des Modells; ein Vergleichen einer Spannungsamplitude und einer abgeführten Energie wenigstens eines Elements der Schaltung mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Spannung und mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Energie; und ein Einstellen wenigstens eines Parameters der Schaltung auf der Grundlage des Vergleichs der Spannungsamplitude und der abgeführten Energie mit dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Spannung und mit dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Energie.A method for providing an ESD protection circuit comprises applying a set of current pulses to a circuit comprising at least one non-linear element; determining at least the respective frequency dependent and amplitude dependent transfer function of at least one circuit element of the circuit based on the set of applied current pulses and modeling at least one frequency dependent and current dependent impedance of the at least one nonlinear element of the circuit based on the at least one frequency dependent and amplitude dependent transfer function; simulating reacting the circuit to an applied current pulse based on the model; comparing a voltage amplitude and a dissipated energy of at least one element of the circuit with at least one fault threshold voltage and at least one fault threshold of the power; and adjusting at least one parameter of the circuit based on the comparison of the voltage amplitude and the dissipated energy with the at least one fault threshold of the voltage and with the at least one fault threshold of the power.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Anlegen wenigstens eines Stromimpulses das Anlegen wenigstens eines Stromimpulses mit unterschiedlichen Strompegeln und mit einer vorgegebenen Impulslänge. In one embodiment of the method, the application of at least one current pulse comprises the application of at least one current pulse having different current levels and having a predetermined pulse length.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Modellieren wenigstens einer frequenzabhängigen und stromabhängigen Impedanz des wenigstens einen nichtlinearen Elements der Schaltung ein Ableiten der wenigstens einen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion aus einer Fourier-Transformation einer zeitabhängigen einfallenden Signalform und einer übertragenen Signalform bei jedem der verschiedenen Strompegel und ein Berechnen wenigstens einer frequenzabhängigen und stromabhängigen Impedanz auf der Grundlage einer Nachschlagetabelle einer Übertragungsfunktion, die mit Hilfe einer Fourier-Transformation bestimmt worden ist.In one embodiment of the method, modeling at least one frequency-dependent and current-dependent impedance of the at least one nonlinear element of the circuit comprises deriving the at least one frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function from a Fourier transform of a time-dependent incidental waveform and a transmitted waveform at each of the different current levels Calculating at least one frequency-dependent and current-dependent impedance on the basis of a look-up table of a transfer function determined by means of a Fourier transform.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Vergleichen einer Spannungsamplitude und einer abgeführten Energie wenigstens eines Elements der Schaltung mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Spannung und mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Energie ein Vergleichen einer Amplitude jeder Kurve eines Satzes stromabhängiger Kurven mit einem gegebenen Spannungsfehlerprofil und ein Bestimmen der abgeführten Energie wenigstens eines Elements der Schaltung durch Bestimmen einer Integration einer abgeführten Leistung über die Frequenz wenigstens eines Elements der Schaltung.In one embodiment of the method, comparing a voltage amplitude and a dissipated energy of at least one element of the circuit with at least one fault threshold of the voltage and at least one fault threshold of the energy comprises comparing an amplitude of each of a set of current dependent curves with a given voltage error profile and determining the dissipated energy of at least one element of the circuit by determining an integration of a dissipated power over the frequency of at least one element of the circuit.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Bestimmen einer Integration einer abgeführten Leistung über die Frequenz wenigstens eines Elements der Schaltung ein Bestimmen einer Integration eines Leistungsspektrums des wenigstens einen Stromimpulses und eines Verhältnisses einer übertragenen Stromamplitude zu einer einfallenden Stromamplitude.In one embodiment of the method, determining an integration of a dissipated power over the frequency of at least one element of the circuit comprises determining an integration of a power spectrum of the at least one current pulse and a ratio of a transmitted current amplitude to an incident current amplitude.

Ein Computerprogrammprodukt, das in einem konkreten Medium verkörpert ist, umfasst computerimplementierte Anweisungen zum Durchführen eines Verfahrens gemäß mindestens einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen.A computer program product embodied in a particular medium includes computer-implemented instructions for performing a method according to at least one of the embodiments described herein.

Die ausführliche Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben.The detailed description will be described with reference to the accompanying drawings.

1 ist ein Diagramm, das eine ESD-Schutzschaltung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. 1 FIG. 10 is a diagram illustrating an ESD protection circuit in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG.

2 ist ein Diagramm, das ein System für den ESD-Schutz in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. 2 FIG. 12 is a diagram illustrating a system for ESD protection in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG.

3 ist ein Diagramm einer Implementierung des Systems für den ESD-Schutz in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 3 FIG. 12 is a diagram of an implementation of the system for ESD protection in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG.

4 ist ein Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens für den ESD-Schutz in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 4 FIG. 10 is a flowchart of an exemplary method for ESD protection in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG.

In 1 ist ein Diagramm, das eine ESD-Schutzschaltung darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die ESD-Schutzschaltung 100 eine Leiterplatte (PCB) 102 mit einer PCB-Diode 104, mit einem linearen Element 106 und mit einer Eingabe/Ausgabe-Teilschaltung 108 innerhalb einer integrierten Schaltung 110. Die linearen Elemente 106 können eine Induktivität, einen Widerstand oder eine Kapazität umfassen. Die ESD-Schutzschaltung 100 kann wenigstens ein nichtlineares Element umfassen. Die PCB-Diode 104 kann TVS-Dioden umfassen. Sowohl die EA-Teilschaltung 108 als auch die PCB-Diode 104 können durch Dirac-Impulse oder stufenweise Übertragungsleitungsimpulse von zunehmendem Strom charakterisiert sein.In 1 FIG. 12 is a diagram illustrating an ESD protection circuit, in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. As in 1 is shown includes the ESD protection circuit 100 a printed circuit board (PCB) 102 with a PCB diode 104 , with a linear element 106 and with an input / output subcircuit 108 within an integrated circuit 110 , The linear elements 106 may include an inductance, a resistance or a capacitance. The ESD protection circuit 100 may comprise at least one nonlinear element. The PCB diode 104 may include TVS diodes. Both the I / O subcircuit 108 as well as the PCB diode 104 may be characterized by Dirac pulses or stepwise transmission line pulses of increasing current.

In 2 ist ein Diagramm, das ein System für den ESD-Schutz darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In dieser Ausführungsform umfasst das System 200 ein Anlegemodul 202, das elektrisch mit einem Eingang 112 gekoppelt ist. Das Anlegemodul 202 stellt einen Satz von Stromimpulsen für die ESD-Schutzschaltung 100 bereit. Der Satz von Stromimpulsen kann eine kurze Anstiegszeit, z. B. etwa 10 Pikosekunden, und einen Strompegel im Bereich von etwa 10 mA bis 10 A aufweisen. Allerdings können die Stromimpulse ebenfalls andere Strompegel und eine andere vorgegebene Impulslänge aufweisen.In 2 FIG. 12 is a diagram illustrating a system for ESD protection, shown in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. In this embodiment, the system includes 200 a landing module 202 electrically connected to an input 112 is coupled. The landing module 202 provides a set of current pulses for the ESD protection circuit 100 ready. The set of current pulses may have a short rise time, e.g. B. about 10 picoseconds, and have a current level in the range of about 10 mA to 10 A. However, the current pulses may also have different current levels and another predetermined pulse length.

Um das Einschaltverhalten der PCB-Dioden 104 und der EA-Teilschaltung 108 zu erfassen, sollte der Satz von Stromimpulsen, die durch das Anlegemodul 202 angelegt werden, eine schnelle Anstiegszeit, z. B. von weniger als 1 ns, aufweisen. Außerdem sollte die Impulslänge des Satzes von Stromimpulsen ausreichen, um zu ermöglichen, dass die Vorrichtung nach dem Einschalten einen quasistationären Zustand erreicht. Ein Beispiel einer ausreichenden Impulslänge ist größer als 20 ns. Ein weiterer beispielhafter Stromimpuls kann ein 50-Ohm-Übertragungsleitungsimpuls mit einer Anstiegszeit von 100 ps und mit einer variablen Impulslänge von dem Nanosekundenbereich bis zu dem Mikrosekundenbereich sein. Um die Nichtlinearität von Elementen der ESD-Schaltung 100 zu erfassen, kann ein ähnlicher Impuls, aber mit einer höheren Quellimpedanz, z. B. ein 1-Kiloohm-Übertragungsleitungsimpuls, angelegt werden.To the switch-on behavior of the PCB diodes 104 and the I / O subcircuit 108 To capture, the set of current pulses should be determined by the application module 202 be created, a fast rise time, z. B. less than 1 ns have. In addition, the pulse length of the set of current pulses should be sufficient to allow the device to reach a quasi-stationary state upon power up. An example of a sufficient pulse length is greater than 20 ns. Another example current pulse may be a 50 ohm transmission line pulse with a rise time of 100 ps and with a variable pulse length from the nanosecond range to the microsecond range. To check the nonlinearity of elements of the ESD circuit 100 can capture a similar pulse, but with a higher source impedance, e.g. A 1 kiloohm transmission line pulse.

Im System 200 ist ein Bestimmungsmodul 204 vorgesehen, um auf der Grundlage des Satzes von Stromimpulsen, die durch das Anlegemodul 202 an den Eingang 112 angelegt werden, wenigstens eine frequenzabhängige und amplitudenabhängige Übertragungsfunktion der ESD-Schaltung 100 zu bestimmen. Zum Beispiel kann durch das Bestimmungsmodul 204 bei den PCB-Dioden 104 eine erste frequenzabhängige und amplitudenabhängige Übertragungsfunktion bestimmt werden. Bei dem linearen Element 106 kann durch das Bestimmungsmodul 204 eine zweite frequenzabhängige Übertragungsfunktion bestimmt werden. Durch das Bestimmungsmodul 204 kann bei der EA-Teilschaltung 108 eine dritte frequenzabhängige und amplitudenabhängige Übertragungsfunktion bestimmt werden. Das Bestimmungsmodul 204 kann mit der PCB-Diode 104, mit den linearen Elementen 106 und mit der EA-Teilschaltung 108 elektrisch gekoppelt sein.In the system 200 is a determination module 204 provided on the basis of the set of current pulses generated by the application module 202 to the entrance 112 to be created at least one frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function of the ESD circuit 100 to determine. For example, by the determination module 204 at the PCB diodes 104 a first frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function can be determined. At the linear element 106 can through the determination module 204 a second frequency-dependent transfer function can be determined. By the determination module 204 can with the I / O subcircuit 108 a third frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function can be determined. The determination module 204 can with the PCB diode 104 , with the linear elements 106 and with the I / O subcircuit 108 be electrically coupled.

In einer Ausführungsform leitet das Bestimmungsmodul 204 die wenigstens eine frequenzabhängige und amplitudenabhängige Übertragungsfunktion aus der Fourier-Transformation der zeitabhängigen einfallenden Signalform und einer übertragenen Signalformen jedes der verschiedenen Strompegel des Satzes durch das Anlegemodul 202 angelegter Stromimpulse ab. Ein übertragener Rechteckimpuls wird im Frequenzbereich durch einen Satz von Sinusfunktionen dargestellt wie etwa sin(ωt_p)/ω, wobei t_p die Dauer des Stromimpulses darstellt. Die Spannungsamplitude variiert mit dem Typ der Vorrichtung.In one embodiment, the destination module passes 204 the at least one frequency dependent and amplitude dependent transfer function from the Fourier transform of the time dependent incoming waveform and a transmitted waveform of each of the different current levels of the set by the application module 202 applied current pulses. A transmitted square pulse is represented in the frequency domain by a set of sine functions such as sin (ωt _p ) / ω, where t _{p represents} the duration of the current pulse. The voltage amplitude varies with the type of device.

Wenn die wenigstens eine frequenzabhängige und amplitudenabhängige Übertragungsfunktion bestimmt worden ist, ist im System 200 ein Modellierungsmodul 206 zum Modellieren wenigstens einer frequenzabhängigen und stromabhängigen Impedanz nichtlinearer Elemente vorgesehen. Das Modellierungsmodul 206 teilt die Spektren der einfallenden Signalform in eine Anzahl von Frequenzbändern. In einer Ausführungsform bestimmt das Modellierungsmodul 206 daraufhin aus einer Nachschlagetabelle wenigstens eine frequenzabhängige und stromabhängige Impedanz. Die Nachschlagetabelle kann eine Anzahl aus der wenigstens einen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion bestimmter strompegel- und frequenzbandabhängiger Impedanzen umfassen.If the at least one frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function has been determined, then in the system 200 a modeling module 206 for modeling at least one frequency-dependent and current-dependent impedance of nonlinear elements. The modeling module 206 divides the spectra of the incident waveform into a number of frequency bands. In one embodiment, the modeling module determines 206 then from a look-up table at least one frequency-dependent and current-dependent impedance. The lookup table may include a number of the at least one frequency dependent and amplitude dependent transfer function of particular current level and frequency band dependent impedances.

Alternativ kann das Modelliermodul 206 eine aus der wenigstens einen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion bestimmte analytische Funktion ableiten. Daraufhin berechnet das Modellierungsmodul 206 unter Verwendung der analytischen Funktion die wenigstens eine frequenzabhängige und stromabhängige Impedanz.Alternatively, the modeling module 206 derive an analytic function determined from the at least one frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function. The modeling module then calculates 206 using the analytic function, the at least one frequency dependent and current dependent impedance.

Wenn die wenigstens eine frequenzabhängige und stromabhängige Impedanz nichtlinearer Elemente modelliert worden ist, ist ein Simulationsmodul 208 vorgesehen, um auf der Grundlage des Modells eine Übertragung zu der ESD-Schaltung 100 zu simulieren. Um die Übertragung zu simulieren, initiiert das Simulationsmodul 208, dass das Anlegemodul 202 an den Eingang 112 wenigstens einen Stromimpuls mit mehreren zunehmenden Strompegeln bis zu einem Maximalwert und wenigstens einen Schaltungsparameter an die ESD-Schaltung 100 anlegt. Daraufhin bestimmt das Simulationsmodul 208 auf jedem der zunehmenden Strompegel die Spannungsamplitude und die abgeführte Energie wenigstens eines Elements der Schaltung 100.When the at least one frequency dependent and current dependent impedance of nonlinear elements has been modeled, a simulation module is used 208 provided a transfer to the ESD circuit based on the model 100 to simulate. To simulate the transmission, the simulation module initiates 208 that the landing module 202 to the entrance 112 at least one current pulse having a plurality of increasing current levels up to a maximum value and at least one circuit parameter to the ESD circuit 100 invests. The simulation module then determines 208 at each of the increasing current levels, the voltage amplitude and the dissipated energy of at least one element of the circuit 100 ,

Im System 200 ist ein Vergleichsmodul 210 vorgesehen, um eine Spannungsamplitude und eine abgeführte Energie wenigstens eines Elements der Schaltung mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Spannung und mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Energie zu vergleichen. In einer Ausführungsform umfasst die Spannungsamplitude wenigstens eines Elements der Schaltung einen Satz stromabhängiger Kurven. Der wenigstens eine Fehlerschwellenwert der Spannung umfasst innerhalb eines Frequenzbereichs mehrere Spannungsamplituden. Das Vergleichsmodul 210 ist vorgesehen, um eine Amplitude jedes Satzes stromabhängiger Kurven mit einem gegebenen Spannungsfehlerprofil zu vergleichen. Das gegebene Spannungsfehlerprofil ist (in einer Ausführungsform) ein Produkt wenigstens eines Fehlerschwellenwerts der Spannung und eines gewichteten Leistungsspektrums eines der Sätze von Stromimpulsen.In the system 200 is a comparison module 210 in order to compare a voltage amplitude and a dissipated energy of at least one element of the circuit with at least one fault threshold value of the voltage and with at least one fault threshold value of the energy. In one embodiment, the voltage amplitude of at least one element of the circuit comprises a set of current-dependent curves. The at least one fault threshold value of the voltage comprises a plurality of voltage amplitudes within a frequency range. The comparison module 210 is provided to compare an amplitude of each set of current dependent curves with a given voltage error profile. The given voltage error profile is (in one embodiment) a product of at least one of an error threshold voltage and a weighted power spectrum of one of the sets of current pulses.

Der wenigstens eine Fehlerschwellenwert der Spannungsamplitude hängt von der belasteten leiterplattenintegrierten Schaltung wie etwa von dem Gate-Oxid und von dem Leistungsspektrum der betrachteten Belastungsimpulse ab. Eine Möglichkeit, die wenigstens eine Fehlerspannungsamplitude zu bestimmen, ist das Normieren der Spannungsamplitude relativ zu dem Leistungsspektrum des Belastungsimpulses und das Vergleichen mit der Spannungsamplitude der zur Debatte stehenden Schaltung.The at least one fault threshold of the voltage amplitude depends on the loaded board-integrated circuit, such as the gate oxide, and the power spectrum of the load pulses under consideration. One way to determine the at least one error voltage amplitude is to normalize the voltage amplitude relative to the power spectrum of the load pulse and compare it to the voltage amplitude of the circuit under discussion.

Die abgeführte Energie wenigstens eines Elements der Schaltung wird auf der Grundlage einer Integration einer abgeführten Leistung über die Frequenz wenigstens eines Elements der Schaltung bestimmt. Die Integration einer abgeführten Leistung wenigstens eines Elements der Schaltung wird auf der Grundlage einer Integration eines Leistungsspektrums des wenigstens einen Stromimpulses und eines Verhältnisses einer übertragenen Stromamplitude zu einer einfallenden Stromamplitude bestimmt.The dissipated energy of at least one element of the circuit is determined based on integration of a dissipated power over the frequency of at least one element of the circuit. The integration of a dissipated power of at least one element of the circuit is determined based on an integration of a power spectrum of the at least one current pulse and a ratio of a transmitted current amplitude to an incident current amplitude.

Zum Beispiel kann die Integration einer abgeführten Leistung über die Frequenz wenigstens eines Elements der Schaltung aus der Gleichung P_trans(I_n) = ∫P(ω)·|S21(ω, I_n)²dω < P_max (für irgendein I_n < I_max) bestimmt werden, wobei P(ω) das Leistungsspektrum des betrachteten ESD-Impulses ist, S21 das Verhältnis einer übertragenen Stromamplitude zu einer einfallenden Stromamplitude ist, I_n der Strompegel des einfallenden Impulses ist, P_trans die übertragene Leistung ist und P_max aus mehreren Energiepegeln in einem Impulsdauerregime oder aus einer Wunsch-Bell-Funktion auf der Grundlage eines Zeitregimes wie etwa der Hälfte der Impulsbreite abgeleitet ist.For example, the integration of a dissipated power over the frequency of at least one element of the circuit can be given by the equation P _trans (I _n ) = ∫ P (ω) · | S 21 (ω, I _n ) ² dω <P _max (for any I _n <I _max ), where P (ω) is the Power spectrum of the considered ESD pulse is S21 is the ratio of a transmitted current amplitude to an incident current amplitude, I _{n is} the current level of the incident pulse, P _{trans is} the transmitted power, and P _{max is a} plurality of energy levels in a pulse duration regime or from a desired bell Function is derived on the basis of a time regime such as half the pulse width.

In einer Ausführungsform umfasst der wenigstens eine Fehlerschwellenwert der Energie mehrere Energiepegel in einem Impulsdauerregime, in dem wenigstens ein Fehlerschwellenwert der Energie von der Länge der angelegten Stromimpulse abhängt. Zum Beispiel hängt der wenigstens eine Fehlerschwellenwert der Energie in einem Regime kurzer Impulse (<< 10 ns) linear von der Impulsdauer ab (adiabatisches Regime). In einem Regime mittlerer Impulsdauer wie etwa einer Impulslänge von etwa 10 ns bis etwa 10 μs tritt zwischen dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Energie und der Impulslänge wegen Wärmeleitung während des Impulses eine Quadratwurzelbeziehung auf.In one embodiment, the at least one error threshold of the energy comprises a plurality of energy levels in a pulse duration regime in which at least one error threshold of the energy depends on the length of the applied current pulses. For example, the at least one error threshold of the energy in a short pulse regime (<< 10 ns) depends linearly on the pulse duration (adiabatic regime). In a medium pulse duration regime, such as a pulse length of about 10 ns to about 10 μs, a square root relationship occurs between the at least one error threshold of the energy and the pulse length due to conduction during the pulse.

Alternativ umfasst der wenigstens eine Fehlerschwellenwert der Energie in einem quasistationären Regime, in dem der wenigstens ein Fehlerschwellenwert der Energie von der Länge der angelegten Stromimpulse unabhängig ist, mehrere Energiepegel. In diesem Regime ist der wenigstens eine Fehlerschwellenwert der Energie wegen des Ausgleichs der lokal abgeführten Leistung und wegen Wärmeleitung während des Impulses unabhängig von der Impulslänge.Alternatively, the at least one fault threshold of the energy in a quasi-stationary regime in which the at least one fault threshold of the energy is independent of the length of the applied current pulses comprises a plurality of energy levels. In this regime, the at least one error threshold of the energy is independent of the pulse length due to the compensation of the local dissipated power and due to heat conduction during the pulse.

Durch Simulieren der Übertragung der Schaltung und Untersuchen der Spannung und der Energie an verschiedenen Orten der Schaltung kann ohne vorausgehende Annahmen über die übertragene Signalform eine gründliche Untersuchung der Schaltungsrobustheit über ein weites Spektrum ausgeführt werden. Außerdem bietet die Simulation eine realistische Beurteilung des Übergangsverhaltens der ESD-Schaltung, sodass der Entwurf der Schaltung optimiert werden kann.By simulating the transmission of the circuit and examining the voltage and the power at different locations of the circuit, a thorough examination of the circuit robustness over a wide spectrum can be performed without preliminary assumptions about the transmitted waveform. In addition, the simulation provides a realistic assessment of the transient response of the ESD circuit, so the design of the circuit can be optimized.

Im System 200 ist ein Korrekturmodul 212 vorgesehen, um wenigstens einen Parameter der Schaltung auf der Grundlage des Vergleichs der Spannungsamplitude und der abgeführten Energie mit dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Spannung und mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Spannung einzustellen.In the system 200 is a correction module 212 to adjust at least one parameter of the circuit based on the comparison of the voltage amplitude and the dissipated energy with the at least one fault threshold voltage and at least one fault threshold voltage.

In 3 ist ein Diagramm einer Implementierung des Systems für den ESD-Schutz in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In dieser beispielhaften Implementierung umfasst das System 300 ein Datenverarbeitungssystem 302, eine ESD-Schaltung 100 und ein Datenverarbeitungssystem 304. Das Datenverarbeitungssystem 302 ist mit der ESD-Schaltung 100 elektrisch gekoppelt und umfasst ein Anlegemodul 202. Das Datenverarbeitungssystem 302 kann irgendein System, das Stromimpulse erzeugen und andere Daten empfangen kann, z. B. ein Impulsgenerator, sein. Der Impulsgenerator kann ein Einkanalimpulsgenerator oder ein Mehrkanalimpulsgenerator wie etwa ein digitaler Impulsgenerator sein.In 3 1 is a diagram of an implementation of the system for ESD protection in accordance with an embodiment of the present disclosure. In this example implementation, the system includes 300 a data processing system 302 , an ESD circuit 100 and a data processing system 304 , The data processing system 302 is with the ESD circuit 100 electrically coupled and includes a landing module 202 , The data processing system 302 can any system which can generate current pulses and receive other data, e.g. B. a pulse generator, be. The pulse generator may be a single-channel pulse generator or a multi-channel pulse generator such as a digital pulse generator.

Außerdem umfasst das System 300 ein Datenverarbeitungssystem 304, das mit der ESD-Schaltung 100 elektrisch gekoppelt ist. In dieser Implementierung umfasst das Datenverarbeitungssystem 304 das Bestimmungsmodul 204 und das Modellierungsmodul 206. Das Bestimmungsmodul 204 ist zum Bestimmen wenigstens einer frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion der Schaltung 100 auf der Grundlage eines Satzes durch das Anlegemodul 202 angelegter Stromimpulse konfiguriert. Das Modellierungsmodul 206 ist zum Modellieren wenigstens einer frequenzabhängigen und stromabhängigen Impedanz wenigstens eines nichtlinearen Elements der Schaltung 100 konfiguriert.In addition, the system includes 300 a data processing system 304 that with the ESD circuit 100 is electrically coupled. In this implementation, the data processing system includes 304 the determination module 204 and the modeling module 206 , The determination module 204 is for determining at least one frequency dependent and amplitude dependent transfer function of the circuit 100 based on a sentence by the application module 202 configured current pulses configured. The modeling module 206 is for modeling at least one frequency dependent and current dependent impedance of at least one nonlinear element of the circuit 100 configured.

Ferner umfasst das Datenverarbeitungssystem 304 ein Simulationsmodul 208, ein Vergleichsmodul 210 und ein Korrekturmodul 212. Das Simulationsmodul 208 ist zum Simulieren einer Übertragung zu der Schaltung 100 auf der Grundlage eines Modells von dem Modellierungsmodul 206 konfiguriert. Das Vergleichsmodul 210 ist zum Vergleichen einer Spannungsamplitude und einer abgeführten Energie, wie sie von wenigstens einem Element der Schaltung gemessen wurden, mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Spannung und mit wenigstens einem Fehlerschwellenwert der Energie konfiguriert. Das Korrekturmodul 212 ist zum Einstellen wenigstens eines Parameters der Schaltung 100 auf der Grundlage des Vergleichs der Spannungsamplitude und der abgeführten Energie, wie sie gemessen wurden, und des wenigstens einen Fehlerschwellenwerts der Spannung und des wenigstens einen Fehlerschwellenwerts der Energie konfiguriert.Furthermore, the data processing system includes 304 a simulation module 208 , a comparison module 210 and a correction module 212 , The simulation module 208 is for simulating a transmission to the circuit 100 based on a model from the modeling module 206 configured. The comparison module 210 is configured to compare a voltage amplitude and a dissipated energy as measured by at least one element of the circuit with at least one fault threshold of the voltage and at least one fault threshold of the power. The correction module 212 is for adjusting at least one parameter of the circuit 100 based on the comparison of the voltage amplitude and the dissipated energy as measured and the at least one fault threshold of the voltage and the at least one fault threshold of the power.

Das Datenverarbeitungssystem 304 kann irgendein System, das Übertragungsfunktionen bestimmen und Verhalten der Elemente in der Schaltung 100 modellieren kann, wie etwa ein Controller, ein Prozessor, ein Personal Computer, ein Server oder andere Typen von Systemen, die zum Bestimmen dieser Funktionen und zum Modellieren dieser Verhaltensweisen notwendige Berechnungen ausführen können, sein. Außerdem können das Bestimmungsmodul 204, das Modellierungsmodul 206, das Simulationsmodul 208, das Vergleichsmodul 210 und das Korrekturmodul 212 als computerimplementierte Anweisungen, die durch das Datenverarbeitungssystem 304 als ein Programm ausgeführt werden können, implementiert sein. Die computerimplementierten Anweisungen können in einem konkreten computerlesbaren Medium wie etwa einer Festplatte, einer Diskette oder einem nichtflüchtigen Speicher verkörpert sein.The data processing system 304 can any system that determine transfer functions and behavior of the elements in the circuit 100 may be, such as a controller, a processor, a personal computer, a server, or other types of systems that may perform necessary calculations to determine those functions and to model those behaviors. In addition, the determination module 204 , the modeling module 206 , the simulation module 208 , the comparison module 210 and the correction module 212 as computer-implemented instructions by the Data processing system 304 can be implemented as a program. The computer implemented instructions may be embodied in a particular computer readable medium such as a hard disk, a floppy disk or a nonvolatile memory.

Es wird angemerkt, dass das wie in 3 gezeigte System 300 nur zur Veranschaulichung dient. Das System 300 kann zusätzliche oder eine kleinere Anzahl von Datenverarbeitungssystemen umfassen. Außerdem kann die Anzahl der Module innerhalb jedes der Datenverarbeitungssysteme variieren. Irgendeines oder irgendeine Kombination des Bestimmungsmoduls 204, des Modellierungsmoduls 206, des Simulationsmoduls 208, des Vergleichsmoduls 210 und des Korrekturmoduls 212 können in einem selben oder in einem unterschiedlichen Datenverarbeitungssystem implementiert sein. Zum Beispiel können das Bestimmungsmodul 204, das Modellierungsmodul 206 und das Simulationsmodul 208 in einem Datenverarbeitungssystem implementiert sein, während das Vergleichsmodul 210 und das Korrekturmodul 212 in einem anderen Datenverarbeitungssystem implementiert sein können. Ferner kann irgendeines der wie in 3 dargestellten Module mit einem anderen Modul kombiniert werden, um eine kombinierte Funktion auszuführen. Zum Beispiel können die Simulations- und die Modellierungsfunktionen durch Kombinieren des Simulationsmoduls 208 und des Modellierungsmoduls 206 ausgeführt werden.It is noted that as in 3 shown system 300 for illustrative purposes only. The system 300 may include additional or a smaller number of data processing systems. In addition, the number of modules within each of the data processing systems may vary. Any or any combination of the destination module 204 , the modeling module 206 , the simulation module 208 , the comparison module 210 and the correction module 212 may be implemented in a same or a different data processing system. For example, the determination module 204 , the modeling module 206 and the simulation module 208 be implemented in a data processing system while the comparison module 210 and the correction module 212 can be implemented in another data processing system. Further, any of those as in 3 modules combined with another module to perform a combined function. For example, the simulation and modeling functions may be combined by combining the simulation module 208 and the modeling module 206 be executed.

In 4 ist ein Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens für den ESD-Schutz in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Verfahren 400 beginnt bei Schritt 402, um wenigstens einen Stromimpuls anzulegen, um wenigstens eine frequenzabhängige und amplitudenabhängige Übertragungsfunktion der Schaltung zu bestimmen. Zum Beispiel kann das Anlegemodul 202 einen Satz von Stromimpulsen anlegen und kann das Bestimmungsmodul 204 auf der Grundlage des Satzes angelegter Stromimpulse wenigstens eine frequenzabhängige und amplitudenabhängige Übertragungsfunktion bestimmen.In 4 3, a flowchart of an exemplary method for ESD protection in accordance with an embodiment of the present disclosure is shown. The procedure 400 starts at step 402 to apply at least one current pulse to determine at least one frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function of the circuit. For example, the landing module 202 create a set of power pulses and can be the destination module 204 determine at least one frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function based on the set of applied current pulses.

Nachfolgend wird das Verfahren 400 in Schritt 404 fortgesetzt, um wenigstens eine frequenzabhängige und stromabhängige Impedanz wenigstens eines nichtlinearen Elements der Schaltung zu modellieren. Zum Beispiel kann ein Modellierungsmodul 206 auf der Grundlage der Übertragungsfunktion wenigstens eine frequenzabhängige und stromabhängige Impedanz wenigstens eines nichtlinearen Elements der Schaltung modellieren. In einer Ausführungsform kann die wenigstens eine frequenzabhängige und stromabhängige Impedanz aus einer Nachschlagetabelle einer Fourier-Transformation der wenigstens einen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion berechnet werden. In einer alternativen Ausführungsform kann die wenigstens eine frequenzabhängige und stromabhängige Impedanz aus einer aus einem Ergebnis einer Fourier-Transformation der wenigstens einen frequenzabhängigen und amplitudenabhängigen Übertragungsfunktion abgeleiteten analytischen Funktion berechnet werden.The following is the procedure 400 in step 404 continued to model at least one frequency-dependent and current-dependent impedance of at least one non-linear element of the circuit. For example, a modeling module 206 model at least one frequency dependent and current dependent impedance of at least one nonlinear element of the circuit based on the transfer function. In one embodiment, the at least one frequency dependent and current dependent impedance may be calculated from a lookup table of a Fourier transform of the at least one frequency dependent and amplitude dependent transfer function. In an alternative embodiment, the at least one frequency-dependent and current-dependent impedance may be calculated from an analytical function derived from a result of a Fourier transform of the at least one frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function.

Daraufhin wird das Verfahren 400 in Schritt 406 fortgesetzt, um auf der Grundlage des Modells aus Schritt 404 eine Übertragung der Schaltung zu simulieren. Zum Beispiel kann ein Simulationsmodul 208 eine Übertragung der Schaltung durch Bestimmen einer Spannungsamplitude und einer abgeführten Energie wenigstens eines Elements der Schaltung bei jedem der zunehmenden Strompegel und bei unterschiedlichen Schaltungsparametern, die durch das Anlegemodul 202 angelegt werden, simulieren.Then the procedure becomes 400 in step 406 continued to step on the basis of the model 404 to simulate a transmission of the circuit. For example, a simulation module 208 a transmission of the circuit by determining a voltage amplitude and a dissipated energy of at least one element of the circuit at each of the increasing current levels and at different circuit parameters determined by the application module 202 be created, simulate.

Daraufhin wird das Verfahren 400 in Schritt 408 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob die Spannungsamplitude und die abgeführte Energie wenigstens eines Elements der Schaltung unter dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Spannung und unter dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Energie liegen. Zum Beispiel kann das Vergleichsmodul 210 eine Amplitude jeder Kurve eines Satzes stromabhängiger Kurven mit einem gegebenen Spannungsfehlerprofil vergleichen und die abgeführte Energie wenigstens eines Elements der Schaltung durch eine Integration einer abgeführten Leistung über die Frequenz wenigstens eines Elements der Schaltung bestimmen.Then the procedure becomes 400 in step 408 to determine whether the voltage amplitude and the dissipated energy of at least one element of the circuit are below the at least one fault threshold of the voltage and below the at least one fault threshold of the power. For example, the comparison module 210 compare an amplitude of each curve of a set of current dependent curves with a given voltage error profile and determine the dissipated energy of at least one element of the circuit by integrating a dissipated power over the frequency of at least one element of the circuit.

Falls die Spannungsamplitude und die abgeführte Energie unter dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Spannung und unter dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Energie liegen, wird das Verfahren 400 in Schritt 410 fortgesetzt, um wenigstens einen Parameter der Schaltung 100 einzustellen, und kehrt er zum Schritt 406 zurück, um die Übertragung der Schaltung erneut zu simulieren. Falls die Spannungsamplitude und die abgeführte Energie über dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Spannung und über dem wenigstens einen Fehlerschwellenwert der Energie liegen, endet das Verfahren 400.If the voltage amplitude and the dissipated energy are below the at least one fault threshold of the voltage and below the at least one fault threshold of the power, the method becomes 400 in step 410 continued to at least one parameter of the circuit 100 and he returns to the step 406 back to simulate the transmission of the circuit again. If the voltage amplitude and the dissipated energy are above the at least one fault threshold of the voltage and above the at least one fault threshold of the power, the method ends 400 ,

Zusammengefasst schafft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und ein System für den ESD-Schutz. Die vorliegende Offenbarung schafft eine Simulation auf Platinenebene, die die frequenzabhängige Übertragung nichtlinearer Elemente bei hohen Stromimpulsen charakterisiert, Modelle stromabhängiger und frequenzabhängiger Übertragungskoeffizienten extrahiert oder als eine Teilschaltung die stromabhängigen Übertragungsfunktionen reproduziert. Daraufhin wird eine Frequenzbereichs-Systemebenen-ESD-Platinensimulation ausgeführt. Die Simulation enthält das Anlegen von Impulsen mit einem bestimmten Leistungsspektrum, das Berechnen der Übertragung in einem Frequenzbereich verschiedener linearer und nichtlinearer Elemente der Schaltung und das Erfassen eines Überlastpegels durch Beurteilen der Spannung und des Leistungsspektrums an kritischen Orten der Schaltung.In summary, the present disclosure provides a method and system for ESD protection. The present disclosure provides a board-level simulation that characterizes the frequency-dependent transmission of nonlinear elements at high current pulses, extracts models of current-dependent and frequency-dependent transmission coefficients, or reproduces, as a subcircuit, the current-dependent transfer functions. A frequency domain system level ESD board simulation is then performed. The simulation includes applying pulses having a certain power spectrum, calculating the transmission in a frequency range of various linear and non-linear elements of the circuit, and detecting an overload level by evaluating the voltage and power spectrum at critical locations of the circuit.

Auf diese Weise kann die Robustheit der Schaltung über ein breites Spektrum gründlich untersucht werden und kann das Übergangsverhalten der ESD-Schaltung realistisch beurteilt werden und können Korrekturen der Schaltungsparameter ausgeführt werden, um den Entwurf zu optimieren.In this way, the robustness of the circuit can be thoroughly examined over a wide range and the transient response of the ESD circuit can be realistically assessed and corrections of the circuit parameters can be made to optimize the design.

Obgleich hier spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, wird der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet würdigen, dass für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen ersetzt werden können. Diese Anmeldung soll irgendwelche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsformen umfassen. Somit soll diese Erfindung nur durch die Ansprüche und durch deren Äquivalente beschränkt sein.Although specific embodiments have been illustrated and described herein, one of ordinary skill in the art will appreciate that a variety of alternative and / or equivalent implementations may be substituted for the specific embodiments shown and described. This application is intended to cover any adaptations or modifications of the specific embodiments discussed herein. Thus, it is intended that this invention be limited only by the claims and their equivalents.

Claims

System ( 200 ) for an ESD protection circuit, the system comprising: a circuit ( 100 ) comprising at least one nonlinear element; a docking module ( 202 ) for applying a set of current pulses to the circuit; a determination module ( 204 ) for determining the respective frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function of at least one circuit element ( 104 . 106 . 108 ) the circuit based on the set of applied current pulses; a modeling module ( 206 ) for modeling at least one frequency-dependent and current-dependent impedance of the at least one non-linear element based on the at least one frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function; a simulation module ( 208 ) for simulating the reacting of the circuit to an applied current pulse based on the model; a comparison module ( 210 ) for comparing a voltage amplitude and a dissipated energy of at least one element of the circuit with at least one fault threshold value of the voltage and with at least one fault threshold value of the energy; and a correction module ( 212 ) for adjusting at least one parameter of the circuit based on the comparison of the voltage amplitude and the dissipated energy with the at least one fault threshold of the voltage and with the at least one fault threshold of the power.

System according to one of the preceding claims, wherein the application module for applying at least one current pulse having different current levels and having a predetermined pulse length is configured.

The system of claim 2, wherein the determination module for deriving the at least one frequency dependent and amplitude dependent transfer function is configured from a Fourier transform of a time dependent incidental waveform and a transmitted waveform at each of the different current levels.

The system of claim 3, wherein the modeling module is configured to calculate at least one frequency-dependent and current-dependent impedance based on a look-up table of a transfer function determined using a Fourier transform.

The system of claim 3, wherein the modeling module for deriving an analytic function based on a result of the Fourier transform; and is configured to calculate at least one frequency dependent and current dependent impedance using the analytic function.

The system of any one of claims 2-5, wherein the at least one current pulse is at least one transmission line pulse having a variable pulse length.

The system of any of claims 1-6, wherein the at least one fault threshold voltage comprises a plurality of voltage amplitudes within a frequency range.

The system of any of claims 1-7, wherein the at least one error threshold of the energy comprises a plurality of energy levels in a pulse duration regime in which the at least one error threshold of the energy depends on the length of the set of applied current pulses.

The system of any one of claims 1-8, wherein the at least one error threshold of the energy comprises a plurality of energy levels in a quasi steady state regime in which the at least one error threshold of energy is independent of the length of the set of applied current pulses.

A system according to any one of claims 1-9, wherein the voltage amplitude of at least one element the circuit comprises a set of current-dependent curves.

The system of claim 10, wherein the comparison module is configured to compare an amplitude of each curve of the set of current dependent curves with a given voltage error profile.

The system of any one of claims 1-11, wherein the simulation module is configured to determine the dissipated energy of at least one element of the circuit based on integration of dissipated energy over the frequency of at least one element of the circuit.

The system of claim 12, wherein the simulation module is configured to determine the integration of a dissipated power of at least one element of the circuit based on an integration of a power spectrum of the at least one current pulse and a ratio of a transmitted current amplitude to an incident current amplitude.

Procedure ( 400 ) for providing an ESD protection circuit, the method comprising: applying ( 402 ) a set of current pulses to a circuit comprising at least one non-linear element; Determining the respective frequency-dependent and amplitude-dependent transfer function of at least one circuit element ( 104 . 106 . 108 ) the circuit based on the set of applied current pulses; Modeling ( 404 ) at least one frequency dependent and current dependent impedance of the at least one nonlinear element of the circuit based on the at least one frequency dependent and amplitude dependent transfer function; Simulate ( 406 ) reacting the circuit to an applied current pulse based on the model; Comparing a voltage amplitude and a dissipated energy of at least one element of the circuit with at least one fault threshold of the voltage and at least one fault threshold of the power; and adjusting at least one parameter of the circuit based on the comparison of the voltage amplitude and the dissipated energy with the at least one fault threshold of the voltage and with the at least one fault threshold of the power.

The method of claim 14, wherein applying at least one current pulse comprises applying at least one current pulse having different current levels and having a predetermined pulse length.

The method of claim 15, wherein modeling at least one frequency dependent and current dependent impedance of the at least one nonlinear element of the circuit comprises: Deriving the at least one frequency dependent and amplitude dependent transfer function from a Fourier transform of a time dependent incoming waveform and a transmitted waveform at each of the different current levels; and Calculating at least one frequency-dependent and current-dependent impedance on the basis of a look-up table of a transfer function determined by means of a Fourier transform.

The method of claim 14, wherein comparing a voltage amplitude and a dissipated energy of at least one element of the circuit with at least one fault threshold of the voltage and at least one fault threshold of the power comprises: Comparing an amplitude of each curve of a set of current dependent curves with a given voltage error profile; and Determining the dissipated energy of at least one element of the circuit by determining an integration of a dissipated power over the frequency of at least one element of the circuit.

The method of claim 17, wherein determining an integration of a dissipated power over the frequency of at least one element of the circuit comprises: Determining an integration of a power spectrum of the at least one current pulse and a ratio of a transmitted current amplitude to an incident current amplitude.

A computer program product embodied in a concrete medium, the computer program product comprising computer-implemented instructions for performing a method according to any of claims 14-18.