随着半导体工艺尺寸的逐步减小,静电放电（Electrostatic Discharge,ESD）保护设计越来越具有挑战性。传统的箝位电路已经不能满足防护要求,因为系统级ESD保护不仅要求箝位电路能够应对传统的不带电的ESD事件（如人体模型事件）,还需要应对带电情况下的ESD事件和长脉冲事件（如浪涌）。传统的ESD箝位电路可以为ESD保护提供有效的低阻抗路径,但是会在轻微的浪涌事件下失效,所以亟需一款可以同时实现片上的ESD和浪涌协同保护的电路。针对系统级ESD保护的上述需求,本文提出了两款改进方案,在UMC 0.18μm COMS节点工艺下完成了电路设计和电路特性研究。主要研究工作和成果如下:1.论文首先介绍了 ESD研究的背景和意义、ESD和浪涌保护的基本概念,引出了系统级ESD/浪涌协同保护的重要意义,分析了传统保护结构及其存在的问题,最后阐述了近年来出现的先进设计方案。2.双重检测的ESD电源箝位电路。针对已有的箝位电路,分析其优缺点,比如瞬态检测方式检测灵敏度高,但是容易发生误触发,静态检测方式虽然有抗误触发的能力,但是在一定程度上降低了箝位电路的灵敏性。本文在此基础上设计了一款具有双重检测机制的ESD箝位电路,该电路相比于已有技术,保留了静态检测天然抗误触发的特性,同时引入了 RC控制,减小了电路的静态功耗。3.ESD/浪涌协同保护的电源箝位电路。因为浪涌事件的时间很长,单纯的使用RC网络瞬态触发实现浪涌保护是不现实的,基于二极管串静态检测的方法又存在灵敏性和静态功耗的折中。为了解决这个问题,所设计的这款电路相比于传统的箝位电路增加比较器,并且利用其工作原理,有效的降低了触发电压,并且静态功耗在可接受的范围之内。另外这款电路设计了三个不同时间常数RC网络来区分ESD事件、正常上电事件和浪涌事件。综上所述,本文研究了片上系统级ESD和浪涌保护存在的主要设计难点,分析了现有技术方法及其存在的问题,在此基础上提出了两款新型电源箝位电路。理论分析和仿真结果表明,本文提出的电路可实现系统级ESD和浪涌的保护,与已有技术相比,开启电压和静态功耗均得到优化,为工业界ESD设计提供了参考。