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怎么做好直流电源电路的高速接口ESD防护?

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-13 09:29    点击量:

    静电放电(ESD)会给电子直流电源器件环境会带来破坏性的后果.事实上,在各种各样直流电源电路的直流电源电路封装和经过装配、正在使用大电子直流电源器件中,超过25%的半导体芯片损坏归咎于ESD.

怎么做好直流电源电路的高速接口ESD防护?
    通常情况下,来自人体某个部分(手指)的放电将给给不同的材料充电,随后传递到附着在电子直流电源器件的导电触点.这将造成IC损坏,并有理由指责终端用户直流电源器件制造商.

    这个问题非常严重,以至于欧盟(European Union)已经为任何在经济区销售的商品制定了特殊的ESD抑制标准.现在设计工程师必须为当今更敏感的半导体提供有效的ESD保护.

    不幸地是,这项任务经常遵循事后回想的设计原则:首先搭建没有额外过压瞬间抑制的直流电源电路,依靠板上的IC来进行保护.如果测试能显示在原型阶段的灵敏 度,那么就加上保护直流电源器件.如果这种方法被采用来满足当今更低放大直流电源电压,增加频率和更低噪声的要求的话,整个设计必须最优的并是集成的.在末端增加保护可能 非常昂贵,或由于时间限制而不切实际.

    通常,ESD事件是由根据充电过程类型和瞬态电泳严重程度的三种主要ESD算法描述的:人体模型(HBM)、充电直流电源器件模型(CDM)和机器模型 (MM).这些模型定义了瞬变效应的类型,因此设计工程师们就可以定义明确的半导体过压芯片瞬变等级灵敏度,以及芯片及装配产品测试规程.利用这些模型, 直流电源电路设计工程师可以测试芯片和产品的ESD保护效率相一致,而且可以定量地与可选方案进行比较.

    电荷通过一系列电阻器直接传递,例如人的手指,是最普遍的ESD损坏原因.因此,优秀的ESD模型是HBM.在测试中待测直流电源器件中(DUT),这是由 一个100pF的电容通过一个1500Ω的电阻向直流电源器件放电来表示的.这个标准的商业版本是军用规范883方法3015(图1a).

    怎么做好直流电源电路的高速接口ESD防护?

    最流行的HBM变种是国际电工委员会IEC1000-4-2标准,定义为150pF电容通过一个330Ω电阻放电(图1b).这是欧盟对在其区域内商品销售所必须的国际测试.

    但是,明显的瞬间直流电源电压威胁和能量等级的不同存在于两个模型之中.于是设计工程师可以使测试过程适合他们所期望的具体应用.例如,IEC1000-4-2具有一个非常快速的电平脉冲上升时间,能应用更多的脉冲和更高的峰值直流电源电流(见表格).

    COMPARING ESD MODELSLevelTestvdtage(kV)Mjmber of test pulsesPeakcurrent(A)Rse time (ns)IECMILIECMILIECMIL1z2067.51.30.7-1.02-102420615.02.60.7-1.02-103620622.54.00.7-1.02-104820630.05.30.7 1 Q砂最近,直流电源电路设计工程师已经正在通过一定数量的瞬间直流电源电压抑制器(TVS)直流电源器件增加保护.一些例子包括固状直流电源器件(二极管)、金属氧化物变阻器(MOV)、可控硅整流器、其他可变直流电源电压的材料(新聚合物直流电源器件)、气体电子管和简单的火花隙.

    这类直流电源器件被放置在输入端和地之间.当输入直流电源电压达到引起它们"开路"或导通的水平时,它们能迅速把阻抗降低.理想地,输入威胁被部分地反射回去,而平衡被部分地通过导通的TVS直流电源器件分流到地上.所以,在直流电源电路中只有更小比例的威胁能够达到敏感的IC.

    但是ESD抑制直流电源器件也有着其自身的优缺点,随着新一代高速直流电源电路的出现,一些缺点被放大了.例如,TVS必须迅速响应到来的浪涌直流电源电压.浪涌直流电源电压在0.7ns达到8KV(或更高)峰值时,TVS直流电源器件的触发或调整直流电源电压(与输入线平行)必须要足够低以便作为一个有效的直流电源电压分配器.

    一些直流电源器件可保护直流电源电路,但在仅几次直流电源电流脉冲和/或陷入进入低阻(短路)状态后就老化了,形成直流电源电路到地的大电直流电源电流通道.这点对由电池驱动的直流电源器件来说是致命的.

    每个直流电源器件有其自身的差异.气体放电管可通过大直流电源电流,但是响应速度很慢.它们也会老化且不能恢复.MOV能为高速直流电源电路提供相对缓慢的导通响应.硅二极管的触发响应速度非常快,导通直流电源电压低,但它们像MOVS和其他直流电源器件一样,电容比较高,从而影响高速信号.

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