中心議題：

• 靜電放電(ESD)潛在危害
• 高壓來自何處?
• 測試方法與標準
• 針對I/O端口的新型ESD測試
• ESD保護方法

靜電放電(ESD)常(chang)常(chang)是(shi)導(dao)致(zhi)設(she)備(bei)損(sun)壞(huai)的(de)根(gen)源(yuan)
，這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)通(tong)常(chang)安(an)裝(zhuang)在(zai)上(shang)廠(chang)的(de)地(di)麵(mian)或(huo)現(xian)場(chang)。由(you)於(yu)這(zhe)種(zhong)失(shi)效(xiao)常(chang)常(chang)表(biao)現(xian)為(wei)其(qi)它(ta)類(lei)型(xing)的(de)故(gu)障(zhang)，因(yin)此(ci)很(hen)難(nan)找(zhao)到(dao)真(zhen)正(zheng)的(de)故(gu)障(zhang)原(yuan)因(yin)。例如在製造過程中
，終檢所發現的問題往往可以追蹤至一個損壞的元件或組件，接著又聯
係到(經過進一步研究)OEM製造或測試中的某進上序，在這進上序中，某個器件遭到了ESD襲擊。

上業設備的早期失效和後期安裝問題常常是由安裝過程中的ESD而造成的。ESD的潛在危害是它隻造成儀器性能的退化(至少在初期)並不明顯地影響係統的上作。這種狀況將導致係統的不穩定或非線性，而在數月或數年內不會造成“硬”故障。

本文將討論如何保護你的產品不受ESD危害。概括了電子行業的標準測試方法，提供一些通用的抗ESD衝擊技術
，並給出一些Maxim專有的ESD保護器件。通過嚴謹的設計，這些芯片能夠在節省成本的前提下改善產品的質量
，從而維護公司的信譽。

潛在危害

圖1中的顯微圖片表明競爭對手的RS-232接口芯片在受到15kV(一般測試水平)的ESD衝擊後的損壞情況

，強大的壓力使芯片內的金屬汽化，結果造成明顯的大麵積損壞。其它情況下，考察柵氧化層或

掩理層內的不明顯的故障時需要仔細地移開金屬層或其它層。ESD還有可能通過一定的進入儀器的核心。類似於閃電衝擊> ESD會順著電路延伸直到能最耗盡為止
，其結果難以預料。

高壓來自何處?

jixiedifenliliangzhongbutongdecailiaohuichanshengjingdian，zhexiezhongxingcailiaodebiaomianbeibutongchengdudidianhuachengliangceng

，huoxuwaicengdaiyoudaliangdianzi，zhexiedianzibeicailiaozhongdedabufent1:電荷平衡;另一種材料呈現出相反的表麵電荷，當表麵具有異性電荷的材料接觸時，電子的遷移使一種材料失
去負電荷，相應的另一種材料失去t1:電荷。這就是所謂的摩擦起電，是靜電產生和轉移的基本方式。

表1列出了不同材料摩擦起電的電荷特性，如玻璃、尼龍帶t1:電，矽
、聚ju四si氟fu乙yi烯xi帶dai負fu電dian。材cai料liao的de導dao電dian性xing也ye對dui材cai料liao表biao麵mian建jian立li電dian荷he的de能neng力li有you影ying響xiang，許xu多duo材cai料liao的de導dao電dian性xing或huo表biao麵mian電dian阻zu很hen大da程cheng度du上shang取qu決jue於yu濕shi度du
，濕shi度du越yue低di導dao電dian能neng力li越yue低di

，越yue容rong易yi阻zu止zhi電dian荷he的de遷qian移yi使shi其qi停ting
留在原位。
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實際上，靜電高壓通,常是由人與周圍物體的相互作用產生的，可以想象，當一個人坐在塑料椅子的膠木台麵上時，如果他身著羊毛褲
、襪
、穿著皮鞋、棉襯衫
、係真絲領帶，我們很難定最分析以上能夠摩擦起電的混合材料
，但可以斷定有大最的電荷被
建立。針對不同情形可以用幾種公認的模型描述帶電人體

，最為通行的模型(圖2)是充電到15,OOOV的100pF電容與1500。電阻串聯。

測試方法與標準

兩種通行的集成電路ESD敏感度檢測方法已被修改後用於最終設備的測試，如下節所述。早期采用的方式，MIL-STD-883中的方法3015.7，作為包裝、搬移芯片時的必要防範手段得到了廣泛應用，這種方法檢測封裝的每個引腳，並與其它引腳相對比，依照
最低失效電壓對器件分級。

該測試中所施加的信號是由一個被稱為人體模型的電路(圖2}產生的電流波形，這個電路模擬人體的典型電容和源阻抗。由於實際送到芯片的波形與相關的測試連線及線路板的寄生電感、寄生電容有關，要求電路布線非常嚴格。電流波形代表人體接觸物體
(如IC)時產生的ESD。

由口本電了上業聯合會(EIAJ)選定的另一種測試方法與上述方法相比隻是選用C的大小不同。這種所謂的Ic-121方法是基於一個被稱為機器模型(圖3)的電路
，所采用的測試電流波形類似於芯片，搬運機械接觸時產生的衝擊。通過模擬聚集在移動部件上的電荷所產生的ESD波形模擬機器裝配時產生的靜電放電。

兩種測試方法互為辛吭

，所以不能用其中一種代替另一種·因為不管在製造過程中、在印刷板裝配中
、還是在最終產品投人使用後，ESD都有可能侵害Ic，結合人體模型和機器模型的綜合測試有利於保證Ic在製造過程中和使用壽期內


，對於嚴酷的環境具有足夠的承受力。

以上兩種測試方法均是針對芯片的，最終產品的裸露接口還需要其它特殊的檢測。例如，通過連接器暴露在外界的芯片引腳即使在將Pc板安裝於機箱內部時也會受到ESD的衝擊，而與線路板上電路相連的引腳則不容易受到ESD的衝擊。
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對於這類芯片
，類似於方法3015.7檢測組合引腳)的測試手段無法對輸沁輸出(I/O)引腳提供適當的ESD敏感度的描述。機器模式和方法3015.7提供引腳的最低失效電壓等級
，但不能確切判斷I/O引腳需要的較高的內部ESD保護電平(由製造商提鈞
，有些器件的I/O引腳能夠承受士15kV的衝擊，而非I/O引腳或許受到士2kV衝擊時就損壞了，如果利)I I上述測試方法對其檢測，得出的結論是ESD保護等級低於士2kV幸運的是>III於I/O引腳測試的更好的方法已經產生。

針對I/O端口的新型ESD測試

I/o端口允許係統與其它設備進行通信，芯片的I/o口kou包bao含han與yu外wai部bu設she備bei進jin行xing連lian接jie的de邏luo輯ji電dian路lu引yin腳jiao
，這zhe些xie引yin腳jiao應ying該gai能neng夠gou承cheng受shou靜jing電dian放fang電dian和he其qi它ta因yin操cao作zuo員yuan在zai連lian接jie或huo斷duan開kai電dian纜lan時shi的de不bu規gui範fan操cao作zuo帶dai來lai的de影ying響xiang。對dui於yu外wai部bu接jie口kou芯xin片pian的deI/o引腳，理想的ESD檢測方法是:

.對實際設備僅采用模擬ESD事件的方法測試I/O引腳·

.采用模擬人體產生的靜電放電波形進行測試。不同電路模型規定不同的幅值、上升/下降時間和功率。

.分別在供電和斷電期間測試IC

.定義IC故障，包括“死鎖”(暫時性的功能失效)、  災難性損壞或參數失效。“死鎖”被認為是一種結構性的故障，因為，如果不做檢測，它可能帶來可靠性問題，導致係統故障。

有兩種方法一均符合上述要求一已被設備製造商廣泛采用
，來測試I/O端口的ESD防護能力(圖3)第一種方法修改自Method 3015.7 > MIL-STD-883它采用了與原來方法相同的電路模型和波形
，但隻將ESD脈衝施加於器件的I/o引腳。這種方法的口的是模擬已安裝於線路板並運行於口標係統中的Ic所遭遇的故障電流。

第二種方法是IEC 1000-4-2 >現已成為國際標準。相比Method 3015.7測試條件，它規定了更高的電容和更低的電阻}IE C 1000-4-2被廣泛地)II於測試終端設備的接口(表2)。值得一提的是> Maxim公司的模擬開關和RS-232/RS-485接口IC完個符合這些ESD標準，且無須外圍兒件。
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ESD保護方法

保護接口免受ESD損壞是設計者的責任
，業內提供了多種選擇，每種方式各有利弊。下麵的討論將試圖揭開許多關於ESD保護措施的誤解和謎團。

電容保護

這zhe種zhong方fang法fa被bei廣guang泛fan應ying用yong於yu大da批pi消xiao費fei類lei和he汽qi車che設she備bei中zhong。它ta通tong過guo輸shu人ren端duan和he地di之zhi間jian一yi個ge簡jian單dan的de並bing聯lian電dian容rong來lai保bao護hu輸shu人ren引yin腳jiao。這zhe種zhong想xiang法fa認ren為wei足zu夠gou容rong最zui的de電dian容rong能neng夠gou吸xi收shouESD放電，而不會超過所連接IC引腳的ESD額定值。為了方便說明
，考慮一個連接至外部的引腳，且具有2kV的ESD額定值。

按照IEC 1000-4-2模型規範，將一個150pF的電容充電至15kV。如果將一個1500pF的電容並聯在暴露的引腳上
，它將最大充電至測試電壓的1/10 (1.SkV)由l幾該值低於IC的ESD額定值，於是有些人認為萬事大吉。這種方法被廣泛采用>dantaduiyuwentiderenshiguoyujiandanhua。zaimouzhongtiaojianxiatakeyitigongyidingdebaolushangzuobushoubiyaodedianronghuojishengdiangandeyingxiangweishuomingzhezhongbaohufangshiduiyubuxiandeminganchengdu，kaolvyinshuabanshangyiduan1 cm長的線條，它具有的電感最大約為7nH。當一個幅度為30A的電流脈衝以lns的上升時間(IEC1000-4-2波形，圖4)施加於7nH電感時，很容易計算出每厘米接地線將產生210V的電壓毛刺。

電阻保護

dianzubaohuchuanlianyujiekouyinjiao。gaizukangnenggouxianzhifengzhidianliu，youzhuyuxiaohaoshuntaigonglv。yudianrongbaohuxiangsi
，bixuzhuyi
，yaoquebaodianlushangzuobuhuishoudaozukangzengjiadailaidefumianyingxiang。lingyigexuyaozhuyidewentishi，dianzuzishenyeyoukenengduiESD敏感。金屬薄膜電阻采用的製造方
法，導體金屬化相似，通常具有類似的ESD限製。這些串聯電阻的寄生電容則是另外一個問題，一個短暫的跳變，即使通過幾個pF電容，一樣能夠導致IC輸人嚴幣損壞。

電阻一電容保護

這種方法是R和C保護技術的混合。每個接口引腳上所需的兩個元件
，根據部分PC板麵，同時增加了成本、降低了可靠性。RC網絡和鐵軟體磁珠或磁環一起，通常用於EMI抑製。

MOV和TransZorb下M保護

在I/O引腳上連接金屬一軟化物壓敏電阻或矽舌崩型抑製器是非常有效的保護措施。但是，它們的價格通常較高
、體積較大，而且在接口端增加了額外的容性。與電容保護類似，這些兒件要求低感抗(短)接地回路。

增強ESD抵抗能力的布線要領

.遵守標準的模擬布線技術，將所有的旁路及電泵電容放置在盡可能靠近Ic的位置(尤其是接口Ic>}

.在印刷板上設置一個接地平麵。

.保護電路或Ic盡最靠近I/o端口放置。
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Maxim IC的內部保護

在斤發內置ESD保護IC方麵> Maxim已經投人了極大的努力。開始是RS-232和RS-485接口IC，現在此類保護器件又增加了幾種模擬開關和MAX681_係列開關去抖器。所有器件都能夠承受直接施加於其I/o引腳上的IEC 1000-4-2 ESD放電。Maxim相幹這是控製係統內ESD的最好方法。它更為強健
、技術成熟，而且成本低於大多數同類方案。

Maxim提供許多ESD保護的RS-232接口Ic同時很好地結合了驅動器和接收器。其中有超低功耗的RS-232接口
，它們I司時集成了Maxim的AutoShutdownTM技術·本年，幾項新的創新業已公開ESD保護類RS-232接口領域。例如
，采用超小型的SOT封裝
、具有完整的ESD保護的單RS-232發送器和接收器(MAX318_係列)就能夠解決許多小型便攜式設備中的實際問題。

另外，已經發布的產品中還有一款專用於數據電纜的獨特的ESD保護接口。用於蜂窩電話的數據電纜通‘常是在電纜中
，而非電話中，包含了一個RS-232接口。這樣，這種應用的ESD保護不僅要求在接口IC的RS-232端，而且還包括邏輯端。MAX3237E是唯一針對這個問題提供解決方案的IC。它提供了一個完整的5發送器,3接收器接口(如同modem)Maxim下}一劃推出更多具有雙端ESD保護的RS-232接口，以適合於其它應用，如PDA片座或其它電話裝置。

R S-485接口

在具有ESD保護的RS-485接口方麵> Maxim也處於領導地位。在率先將ESD保護應用於這類器件後，Maxim在這個方麵推出了17種產品，而且還有許多產品正在研製。值得一提的是
，前年我們推出了MAX3095/MAX3096
，將Maxim強健的ESD保護結構和低功耗上作模式延伸到了早期的26LS32四接收器上(引腳兼容)。另外，前年還發布了一係列的3.3V. ESD保護類 RS-485接口IC。例如，Maxim創新的MAX348_ E係列，包括ESD保護、輕負載、限斜率輸出和低功耗等特點。

模擬開關

Maxim是第一個認識到ESD保護應用於模擬開關和多路複用的價值的IC製造商
，這些器件在許多應用中直接與外部係統接口，因而提供ESD保護是有必要的。第一類是一係列的ESD保護開關和多路複用器·該係列包括幾款具有士15kV ESD保護的低電壓IC引腳兼容於4051的8:1 CMOS模擬多路複用器(MAX4558)，引腳兼容於4052的X4:1 CMOS模擬多路複)IJ器(MAX4559)，引腳兼容於4053的3組SPDT開關(MAX4560 )，以及引腳兼容於4066的SPST CMOS模擬開關(MAX4551)第二個係列的器件采用JSOT23封裝，具有+-15kV ESD保護，包括單路單刀單擲(常幼開刃MAX4568) >單刀單擲(常閉)開關(MAX4569)和單刀雙擲開關(MAX4561)。