一文搞懂闩锁效应：电路里的“定时炸弹”与防护指南

什么是闩锁（Latch-up）？

CMOS 工艺中的寄生晶闸管（SCR）结构，是由 NMOS 和 PMOS 的寄生 NPN/PNP 晶体管相互连接形成的。这些寄生晶体管平时处于关闭状态，但当受到电压尖峰、静电干扰或高温时，会触发正反馈环路，导致电流在芯片内部无限放大，最终烧毁芯片或迫使系统断电。这一现象即为闩锁效应。

CMOS结构（左）及其等效电路（右）

如何快速判断电路是否存在闩锁？

如果遇到以下情况，可能是闩锁在作祟：

l 电流突然激增：芯片耗电猛增，远超正常工作电流。

l 电压突然暴跌：电源电压“断崖式下跌”， 导致芯片复位或功能紊乱。

l 高温更易崩溃：芯片在高温环境下（如>85℃）更容易触发闩锁。

检测方法：

l 静电测试：模拟人体接触放电，验证芯片抗ESD能力（IEC 61000-4-2）。

l 浪涌测试：模拟雷击或电源波动，测试电路稳定性（IEC 61000-4-5）。

l 电脑模拟：用仿真工具（如TCAD）预判寄生结构的触发阈值，优化设计。

不同器件的“触发门槛”与防护方案：

雷卯电子的“防闩锁武器库”

1. 高功率接口：TVS二极管 + 自恢复保险丝

l TVS二极管：纳秒级响应，将电压尖峰箝位至安全阈值，防止寄生晶体管触发。

l 自恢复保险丝（PPTC）：过流时自动断开电路，故障排除后自动复位，避免持续损坏。两者协同可阻断闩锁触发条件。

2. 低电压/高速接口：ESD静电防护

l 低电容ESD器件：像“防静电外套”一样，包裹芯片接口，防止静电“电击”触发闩锁，同时不影响信号速度（如USB、HDMI）。

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总结：防闩锁三板斧

1. 设计时“防微杜渐”：

l 电源去耦：芯片电源引脚并联0.1μF陶瓷电容，抑制电压毛刺。

l 布局优化：缩短敏感信号线长度，减少寄生电容耦合；增加衬底和阱的接地接触，降低寄生电阻。。

l 版图设计：在I/O区域添加Guard Ring（环形接地层），阻止载流子扩散触发闩锁。

2. 器件选型“硬核防御”：

l 高功率接口选TVS，PPTC防过流，低压高速信号选ESD，像给电路穿“防弹衣”。

3. 雷卯“定制服务”：

l 遇到复杂场景？雷卯技术团队可量身定制方案，像“电路医生”一样对症下药！

Leiditech雷卯电子致力于成为电磁兼容解决方案和元器件供应领导品牌，供应ESD，TVS，TSS，GDT，MOV，MOSFET，Zener，电感等产品。雷卯拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务，为客户提供最优质的解决方案。

审核编辑 黄宇