【测试解读】ESD保护设计中的传输线脉冲TLP，怎么测？

随着电子器件在汽车和其他产品上的应用越来越广泛（智能化），芯片的集成度也越来越高、体形也越来越小、研发的难度也越来越高，这些器件通常具有线间距短、线细、集成度高、运算速度快、功耗低和高输入阻抗的特点，这也导致了这类器件对静电的要求越来越高。其中涉及到的标准为：ESD SP5.5.1-2004、ISO7637-2、GB/T.21437.2、ECER10.05 6.9、IEC62615:2010。

其中在很多器件的ESD性能，都会使用TLP 测试，除了使用标准的TLP脉冲发生器之外，还需要使用示波器对其脉冲进行测量。

TLP测试

TLP（Transmission Line Pulse）测试又称为传输线脉冲测试，是对静电防护半导体器件进行描述的一种常用方法。1985年由Maloney等人就提出的ESD模拟方法，与传统的HBM、MM、CDM、IEC模型不同，传输线脉冲发生器发出的是静电模拟方波，而传统模式发出的则是RC-LC模式的脉冲波形。

对于其他（CDM、HBM、MM等）的静电模型，在相同损伤能量下，TLP与各种静电模型均有近似的等效关系，同时考虑到上升沿的触发效应，因此，一般会使用相近的脉宽和上升沿进行等效，通过进一步的影响评估，即可确认合适的不同模型静电等效方波，通过方波测出上述曲线，即可用于该静电模型下的ESD防护设计仿真，利用测试波形结果中的开启-关断特性，即可知道器件在相应模型下的响应情况。而对于IEC、火花放电等两/三阶段模型则需要通过分阶段（如超快阶段和普通阶段）进行测试分析。

TLP的特点

• 不模拟真实静电放电

• 记录被测的故障等级和特性

• Characterization/表征测试

换言之，TLP设备可模拟各种形式的ESD脉冲，在静电损伤和上升沿触发两方面都可以提供近似的模拟，因此，也可以认为两者是一致的。而在这种近似认同下，则TLP可以提供ESD过程中的IV、IT、VT三种不同的关键曲线，而这种曲线是其它模型所不能提供的。

需要注意的是：TLP脉冲式方波，与真实情况有一定的出入，虽然可以近似模拟，但总是会有一定的差别，完全采信TLP结果，可能会导致考核值与其它厂家的设备有一定的差异，更有甚者，由于芯片的电荷存储效应，不同厂家的ESD测试设备之间测试结果也有一定的差异；此外，TLP系统是超快脉冲，轻微的寄生即可导致波形畸变，多通道的TLP系统在实现上难度较大，因此，替换常规ESD测试设备的可行性较弱。

测试

利用传输线产生的矩形短脉冲来测量ESD保护元件的电流-电压特性曲线的方法，通过将悬空电缆充电至预定电压并将其放电至被测器件（DUT）来生成方波。通过改变电缆长度和滤波器特性，很容易改变脉冲宽度和上升时间。

充电电压源（VHV）提供额定能量，给传输线（TL）充电，产生一个窄方波（75ns~200ns）当开关S闭合时，被测器件（DUT）接入传输线路，产生的窄方波被作用到DUT的保护结构上。通过示波器获取的测量值，再根据运算得到DUT两端的电压和电流值。

其中，我们会使用TLP发生器产生相关的脉冲信号，使用示波器对DUT的电压电流进行监控测试，测试配置参考下图。由于脉冲信号的脉宽非常窄，同时信号上升时间为ns级，所以我们需要配置合适的示波器和相应的探头进行测试，根据IEC61000-4-2给出的说明，这里我们需要配置1GHz测量带宽的示波器和探头。

而对于VF-TLP测试对信号的要求更高，此时我们需要配置衰减器，高带宽的短电缆，和高带宽的示波器去完成相应的测试，测试仪器的带宽甚至要求达到20GHz左右。

以下是各个ESD模型的经验对比值，当然这个经验值有时是值得商榷的。

• TLP的It2*1500Ω=HBM值

• MM*(9~10)=HBM

• IEC+(1.3k~2k)=HBM

具体的测试步骤可以参考以下说明：

1.使用TLP pulser发出脉冲，使用示波器和对应的探头、测试线缆、衰减器等测试DUT端对应的电压电流，描绘响应的曲线。TLP Pulser打出指定电压V1的脉冲，示波器记录下电流I1。

2.将测试线缆切换到SMU上测试DUT对应的漏电流。利用IFIM（Force I Measure I）功能，Force电流I1，测量得到Leakage1。

3.重复上述步骤，描绘对应的曲线，直至得到漏电流偏折点。

小结

综上所述，在TLP测试时，我们需要配置TLP的脉冲发生器去生成对应的脉冲，而测试设备我们根据实际需求去进行搭配，里面会使用到的设备有：

a）Tektronix示波器，推荐使用MSO5/6示波器

b）对应的测试探头或者衰减器和测试线缆等（以上设备用于测试DUT上加载的脉冲信号的电压电流，对应的带宽采样率需求根据TLP测试加载的脉冲信号选择，>1GHz带宽，3GS/s以上的采样率，测试绘制对应的IV曲线）

 c）Keithley的仪器，SMU和6485测试设备：SMU为测试提供偏置电压，加载电流；漏流测试根据信号大小，推荐选择2450或者6485等测试设备

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