随着科学技术的日新月异,IC芯片的应用环境愈发苛刻,对芯片可靠性要求越来越高。ESD防护设计,作为芯片可靠性设计重要组成部分,一直以来都需要芯片研发人员耗费大量时间和精力去实现与设计。尤其是在半导体工艺进入亚微米后,器件栅氧减薄,耐压降低,更容易受到ESD冲击而使芯片失效。加之如今IC芯片集成度不断提高,电路结构更加复杂,如何为芯片设计出防护能力强而又稳定的ESD防护网络是芯片在出厂之前所面临的巨大挑战。本文从全芯片设计的角度出发,为一款功能强大的交换机芯片提出了一套完善ESD防护设计方案。该芯片基于0.13um CMOS工艺,工作电压有3.3V和1.2V两种,内部电源域多达12组。芯片结构复杂且数模混合,设有8组高速SerDes接口。文章在开始章节阐述了ESD设计中的相关基础理论,介绍了常用的ESD评判标准、测试模型及常用的防护结构等。随后文章从芯片的Power Clamp电路设计、IO接口ESD防护设计、多电源域间ESD防护及全芯片的ESD网络架构等几个方面对研究内容展开描述。结合芯片自身特点,在Power Clamp电路上提出4种电路结构,分别用于高速SerDes接口、内核及普通IO接口;在IO接口的ESD防护上,对数字IO和模拟IO采用了不同的防护结构进行设计,并在芯片所有输入接口上添加二级ESD保护进一步提高ESD防护功能;在最后全芯片ESD网络架构上,综合ESD防护性能的版图设计等因素考虑,仅将地线作为ESD总线,实现整个芯片ESD网络的互联,使得任意IO接口之间均能形成有效ESD泄放通道。本设计偏向于工程应用,在文中主要从电路原理上对设计方案进行分析和讲解,着重介绍Power Clamp电路。方案最终在版图上的具体实现将在最后章节作简要说明。芯片最终成功流片,所有接口之间均通过了2 KV的HBM模型的ESD测试,验证了该设计方案的可靠性与实用性。