一个小小的反相器引发的问题

你能想到，一个小小的反相器就可以让你的设计前功尽弃，给公司造成重大损失吗？这个故事将展示一个反相器的威力。

在某个一切如常的工作日早上，生产的同事打电话找上我说B产品的静态电流指标超标了，目前大概25μA左右，而正常应该在1μA以内的。我第一反应这很可能是测试问题，毕竟测试环境的变动造成测量结果变化很常见。但经过简单的确认后，就发现并不是测试环境的问题。

具体情况是这样的：某款量产A产品，销量很好，一切正常。B产品是A的进阶版，属于驱动加强版。同样的测试板，测试程序，A产品没有任何问题，换成B产品，就有部分产品的静态电流超标。现在的问题是要找到B静态电流超标的原因。

经过了解，B是在A的基础上修改而来，电路上只改动了IO部分逻辑和驱动强度，内部电路完全保持原样。经过横向对比，一个合理的推测是，问题出在改动点的可能性很大。

咨询了同事，之前碰到类似问题时，可以借助EMMI实验辅助定位。

EMMI侦测：EMMI微光显微镜是一种效率极高的失效分错析工具，提供高灵敏度非破坏性的故障定位方式，可侦测和定位非常微弱的发光（可见光及近红外光），由此捕捉各种元件缺陷或异常所产生的漏电流可见光。

因此第一件事，我们对问题芯片进行了开盖，然后到第三方机构做EMMI实验。EMMI实验可以检测到芯片中哪里有电流，电流越大的位置，其亮度越亮。当我们拿到最终的图片时，发现芯片局部有一个亮斑（类似图1），毫无疑问那里就是电流集中的地方。

知道了亮斑的大体位置，然后就去对照版图，查看这块位置对应的具体电路。找到对应的电路后，我们将电路看了好几遍，这一块就几个逻辑门而已。按正常理解，逻辑门稳态时不存在静态电流，所以这里能有什么问题呢？我自己也看不出啥问题，于是找了几个同事一起看看，将情况讲了一下，大家看了也觉得不应该是这里有问题。最终形成的意见是：我们看到的亮斑只是一颗芯片的，如果多几颗芯片，亮斑位置是否还在那里是不确定的，因此多找几颗芯片做EMMI实验很有必要。

现在回过头看，很不幸地，我们其实和真正的故障点擦肩而过。

于是多找了几颗芯片继续做了EMMI实验，可毫无例外地，每颗芯片的亮斑位置基本一样。这基本就排除了芯片个体差异性的可能。真实问题可能就是在那块电路那里，但几个逻辑门怎么可能造成漏电增加呢？

图2 异常反相器

没办法，只能再次去看那块电路。这次就认真多了，我们对每个逻辑门的输入输出都高亮来看。最终发现了一个异常反相器（图2），这是一个没有用到的反相器，它被孤零零地放在那里，仿佛是被遗忘在了无人的荒岛上。（突然想到鲁滨逊漂流记中那座荒岛，还有孤零零的星期五。也不知那天是不是星期五）。正如图上所示，它的输入是悬空线，而又直接接在栅极，如果这里累积电荷的话，输入的电位是几伏呢？如果刚好是某个电位的时候，上下的PMOS和NMOS都处于微导通状态，可能流过一个25μA的电流。好了，找到问题了！

但先别高兴，还需要实验佐证一下才行。好在这里的输入线位于高层，可以很轻易地连到附近的地线。于是，当输入连到地之后，再次进行EMMI实验，结果发现原来的亮斑消失了，静态电流回归到了1μA以内！

现在可以给出结论：因为内部存在一个孤立的反相器，该反相器的输入是悬空的，当积累电荷时，输入电位处于不确定态，因此有可能导致反相器微导通，产生静态电流.
审核编辑：黄飞