電路保護設計中ESD保護的實現方法
發布時間:2012-12-05 責任編輯:sherryyu
【導讀】保護電路是為了防止電路中的關鍵敏感型器件受到過流、過壓、過熱等衝擊的損害。而保護電路的優劣關係到電子產品的質量和壽命。擁有強固的靜電放電保護和減少不必要的電磁幹擾、射頻幹擾也是電子產品小型化、高性能化的必要前提。
隨著設備的越來越小和融入性能的不斷增加,ESD以及許多情況下的EMI/RFI抑製已無法涵蓋在驅動所需接口的新一代IC當中。 另外,先進的係統級芯片(SoC)設計都是采用幾何尺寸很小的工藝製造的。為了優化功能和芯片尺寸,IC設計人員一直在不斷減少其設計的功能的最小尺寸。IC尺寸的縮小導致器件更容易受到ESD電壓的損害。過去,設計人員隻要選擇符合IEC61000-4-2規gui範fan的de一yi個ge保bao護hu產chan品pin就jiu足zu夠gou了le。因yin此ci,大da多duo數shu保bao護hu產chan品pin的de數shu據ju表biao隻zhi包bao括kuo符fu合he評ping級ji要yao求qiu。由you於yu集ji成cheng電dian路lu變bian得de越yue來lai越yue敏min感gan,較jiao新xin的de設she計ji都dou有you保bao護hu元yuan件jian來lai滿man足zu標biao準zhun評ping級ji,但danESD衝擊仍會形成過高的電壓,有可能損壞IC。因此,設計人員必須選擇一個或幾個保護產品,不僅要符合ESD脈衝要求,而且也可以將ESD衝擊鉗位到足夠低的電壓,以確保IC得到保護。

圖1:美國靜電放電協會(ESDA)的ESD保護要求
一、先進技術實現強大ESD保護
安森美半導體的ESD鉗位性能備受業界推崇,鉗位性能可從幾種方法觀察和量化。使用幾個標準工具即可測量獨立ESD保護器件或集成器件的ESD鉗位能力,包括ESD保護功能。第一個工具是ESD IEC61000-4-2 ESD脈衝響應截圖,顯示的是隨時間推移的鉗位電壓響應,可以看出ESD事件中下遊器件的情形。

圖2:ESD鉗鉗位截圖
除了ESD鉗位屏幕截圖,另一種方法是測量傳輸線路脈衝(TLP)來評估ESD鉗位性能。由於ESD事件是一個很短的瞬態脈衝,TLP可以測量電流與電壓(I-V)數據,其中每個數據點都是從短方脈衝獲得的。TLP I-V曲線和參數可以用來比較不同TVS器件的屬性,也可用於預測電路的ESD鉗位性能。

圖3:典型TLP I-V曲線圖
安森美半導體提供的高速接口ESD保(bao)護(hu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)陣(zhen)容(rong)有(you)兩(liang)種(zhong)類(lei)型(xing)。第(di)一(yi)類(lei)最(zui)容(rong)易(yi)實(shi)現(xian),被(bei)稱(cheng)為(wei)傳(chuan)統(tong)設(she)計(ji)保(bao)護(hu)。在(zai)這(zhe)種(zhong)類(lei)型(xing)設(she)計(ji)中(zhong),信(xin)號(hao)線(xian)在(zai)器(qi)件(jian)下(xia)運(yun)行(xing)。這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)通(tong)常(chang)是(shi)電(dian)容(rong)最(zui)低(di)的(de)產(chan)品(pin)。
二、采用PicoGuard XS技術的產品。
這種類型設計使用阻抗匹配(Impedance Matched)電路,可保證100 Ω的阻抗,相當於電容為零。這類設計無需並聯電感,有助於最大限度地減少封裝引起的ESD電壓尖峰。

圖4:傳統方法與PicoGuard XS設計方法的對比
三、總結
安森美半導體的保護和濾波解決方案均基於傳統矽芯片工藝技術。相比之下,其它類型的低成本無源解決方案使用的是陶瓷、鐵氧體和多層壓敏電阻(MLV)組合的材料。這類器件通常ESD鉗qian位wei性xing能neng較jiao差cha。在zai某mou些xie情qing況kuang下xia,傳chuan遞di給gei下xia遊you器qi件jian的de能neng量liang可ke能neng比bi安an森sen美mei半ban導dao體ti解jie決jue方fang案an低di一yi個ge量liang級ji。一yi些xie采cai用yong舊jiu有you技ji術shu的de產chan品pin甚shen至zhi可ke能neng在zai小xiao量liangESD衝(chong)擊(ji)後(hou)出(chu)現(xian)劣(lie)化(hua)並(bing)變(bian)得(de)更(geng)糟(zao)。由(you)於(yu)其(qi)材(cai)料(liao)性(xing)質(zhi),一(yi)些(xie)無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)往(wang)往(wang)表(biao)現(xian)出(chu)溫(wen)度(du)的(de)不(bu)一(yi)致(zhi)性(xing),從(cong)而(er)降(jiang)低(di)了(le)終(zhong)端(duan)係(xi)統(tong)在(zai)標(biao)準(zhun)消(xiao)費(fei)溫(wen)度(du)和(he)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)內(nei)運(yun)行(xing)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。
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