不再糾結(jié):選擇高效ESD保護(hù)器件的訣竅
發(fā)布時(shí)間:2014-08-06 責(zé)任編輯:lefteye
【導(dǎo)讀】隨著更新的集成電路(IC)技術(shù)采用更小的幾何尺寸和更低的工作電壓,不斷更新?lián)Q代的便攜產(chǎn)品對(duì)靜電放電(ESD)電壓損害越來越敏感。有鑒于此,手機(jī)、MP3播放器和數(shù)碼相機(jī)等便攜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員必須評(píng)估各種可供選擇的ESD保護(hù)解決方案,確保他們所選擇的解決方案能滿足當(dāng)今IC不斷變化的需求。本文將探討選擇有效ESD保護(hù)解決方案的關(guān)鍵步驟。
ESD波形
以系統(tǒng)級(jí)的方法來定義典型的ESD事件所采用的最常見的波形,是以其亞納秒上升時(shí)間和高電流電平(參見圖1)為顯著特征的IEC61000-4-2波形。這 種波形的規(guī)范要求采用四級(jí)ESD量級(jí)。大部分設(shè)計(jì)工程師都要求把產(chǎn)品限定到最高級(jí)的8 kV的接觸放電或15 kV的空氣放電。當(dāng)進(jìn)行元器件級(jí)測(cè)試時(shí),因?yàn)榭諝夥烹姕y(cè)試在這樣的小型元器件上是不能重復(fù)的,接觸放電測(cè)試則是最適合的測(cè)試方式。
從近期的設(shè)計(jì)趨勢(shì)的ESD所需考慮因素
ESD 保護(hù)器件的目的是把數(shù)千伏電壓的ESD輸入電壓降低到所保護(hù)的IC所能承受的安全電壓,并能把電流從IC旁路。雖然所需ESD波形的輸入電壓和電流在過去 的幾年沒有出現(xiàn)變化,但要求保護(hù)IC的安全電壓電平卻降低了。過去,IC設(shè)計(jì)對(duì)于(防范)ESD而言更具強(qiáng)固性,而且能夠承受更高電壓,因此,在選擇能符 合IEC61000-4-2第4級(jí)的要求的保護(hù)二極管時(shí)有充分的選擇余地。而對(duì)于如今ESD更敏感的IC,設(shè)計(jì)工程師就必須不僅要確保保護(hù)器件能夠符合 IEC61000-4-2第4級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而且還要確保該器件能夠?qū)SD脈沖鉗制到足夠低的電平,從而確保IC不受損壞。在為給定的應(yīng)用選擇最佳保護(hù)器件的 時(shí)候,設(shè)計(jì)工程師必須要考慮到ESD保護(hù)器件能夠把ESD電壓控制到多么低的電平。
如何選擇最有效的保護(hù)方案
保護(hù)二極管的關(guān)鍵直流(DC)規(guī)范是擊穿電壓、漏電壓和電容。大部分?jǐn)?shù)據(jù)表也會(huì)說明IEC61000-4-2的最大額定電壓,該電壓指的是二極管在該電壓上 不會(huì)被ESD沖擊損壞。所存在的問題是,大部分?jǐn)?shù)據(jù)表中沒有任何針對(duì)象ESD這樣的高頻率、高瞬態(tài)電流的鉗位電壓方面的信息??墒且敿?xì)說明,要在 IEC61000-4-2規(guī)范中硬性規(guī)定鉗位電壓不是一件簡(jiǎn)單的事情,這是因?yàn)樵撘?guī)范的初衷是用來檢驗(yàn)系統(tǒng)是否合格,并且頻率是如此高。要把這種規(guī)范來檢 驗(yàn)保護(hù)器件,關(guān)鍵的是不僅要檢查保護(hù)二極管是否合格/不合格,還要檢查它能把ESD電壓鉗位到多么低的電平。
比較保護(hù)二極管鉗位電壓的最好途徑是采用一臺(tái)示波器截取保護(hù)二極管兩端在ESD產(chǎn)生期間內(nèi)的實(shí)際電壓波形,可以根據(jù)圖2的測(cè)試設(shè)置來實(shí)現(xiàn)。
在 觀察經(jīng)受IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的ESD保護(hù)器件的電壓波形時(shí),通常初始電壓峰值之后緊隨著第二峰值,并且最終電壓將會(huì)穩(wěn)定下來。初始峰值是由 IEC61000-4-2波形的初始電流峰值和由測(cè)試電路中存在的電感所導(dǎo)致的過沖相結(jié)合所造成的。初始峰值的持續(xù)時(shí)間很短,因此限定了傳輸?shù)絀C的能 量。圖中曲線上顯示了保護(hù)器件的鉗位性能,其位于第一個(gè)過沖之后。應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注第二個(gè)峰值,這是因?yàn)樵摲逯档某掷m(xù)時(shí)間較長(zhǎng),被測(cè)IC承受的能量將因此增 加。在以下的討論中,鉗位電壓被定義為第二峰值的最大電壓。
[page]
幾種保護(hù)二極管的比較
為了進(jìn)行公平的比較,所選元器件應(yīng)當(dāng)有相似的封裝尺寸和參數(shù)指標(biāo)。用來比較的是三 只ESD保護(hù)二極管,當(dāng)對(duì)它們的電特性進(jìn)行比較時(shí),認(rèn)為這些器件可以彼此互換。這些器件都是雙向的ESD保護(hù)器件,具有同樣的擊穿電壓(6.8 V)、電容(15 pf)和封裝外形(1.0 × 0.6 × 0.4 mm)。這里所選擇的產(chǎn)品分別是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手1的RSB6.8CS、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手2的PG05DBTFC和安森美半導(dǎo)體的ESD9B5.0ST5G。
當(dāng)對(duì)以上器件的DC性能進(jìn)行比較的時(shí)候,結(jié)果看起來似乎是相同的(參見圖2所示曲線)。此外,它們都聲稱符合IEC61000-4-2第4級(jí)標(biāo)準(zhǔn),這就意味 著它們將都經(jīng)受住高達(dá)8 kV接觸電壓的ESD沖擊。確保保護(hù)敏感IC的ESD保護(hù)器件至關(guān)重要的性能不是DC性能; 盡管器件符合IEC61000-4-2的第4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是重要,但更重要的是保護(hù)IC。為確保在ESD事件期間IC沒有被損壞,保護(hù)二極管必須把ESD電壓鉗 位至足夠低的值,使IC不會(huì)損壞。
圖2:三種ESD器件的DC特性對(duì)比。
[page]
為了比較每個(gè)器件的鉗位性能,利用示波器來截取ESD發(fā)生期間的電壓波形。利用完全相同的測(cè)試條件,對(duì)上述器件進(jìn)行并排測(cè)試。圖3中顯示出每個(gè)二極管對(duì)正/負(fù)ESD脈沖的響應(yīng)曲線。所用的輸入脈沖為IEC61000-4-2第4級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)接觸電壓(8 kV)。
圖3:三種ESD保護(hù)二極管的鉗位電壓對(duì)比(示波器屏幕截圖)。
[page]
從圖3所示的屏幕圖上可見,顯然,與兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的器件(藍(lán)色波形)相比較,安森美半導(dǎo)體保護(hù)解決方案(黑色波形)提供更低的ESD脈沖鉗位電壓。與競(jìng)爭(zhēng)對(duì) 手2的18 V和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手1的23 V相比較,安森美半導(dǎo)體的器件將正脈沖鉗位在14 V。而在負(fù)脈沖期間,這三個(gè)器件之間鉗位電壓的差異更加明顯。安森美半導(dǎo)體、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手2和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手1的器件對(duì)負(fù)脈沖的鉗位電壓分別是20 V、34 V和42 V。在負(fù)ESD脈沖期間這三種器件之間有明顯的區(qū)別,競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手2的器件的鉗位電壓比安森美半導(dǎo)體的器件高70%,而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手1的器件的鉗位電壓則是安森美 半導(dǎo)體器件的兩倍之多。通過競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的保護(hù)器件后的剩余負(fù)脈沖電壓對(duì)那些更容易受到ESD破壞的新IC設(shè)計(jì)有潛在的危險(xiǎn)。然而,安森美半導(dǎo)體的器件卻能在 負(fù)脈沖和正脈沖兩個(gè)方向上保持低的鉗位電壓,從而將遭受正/負(fù)ESD脈沖的破壞風(fēng)險(xiǎn)都保持在最低水平。
好的保護(hù)器件需要對(duì) 正/負(fù)ESD脈沖都能進(jìn)行很好的鉗位,以保證終端產(chǎn)品在實(shí)際條件下具有最高的可靠性。在正/負(fù)兩個(gè)方向上的低鉗位電壓確保保護(hù)器件能保護(hù)極敏感的IC,這 使得設(shè)計(jì)工程師能利用可以實(shí)現(xiàn)更多功能和更高速度的最新IC技術(shù)。由于認(rèn)識(shí)到在選擇ESD保護(hù)器件時(shí)鉗位電壓的重要性日益提高,很多提供保護(hù)器件的公司在 他們最新ESD保護(hù)器件的數(shù)據(jù)表中提供了類似圖3中的ESD鉗位屏幕截圖。
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無線開發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 讓汽車LED照明無死角,LED驅(qū)動(dòng)的全面進(jìn)化
- 開關(guān)模式電源問題分析及其糾正措施:晶體管時(shí)序和自舉電容問題
- 熱電偶的測(cè)溫原理
- 【泰克先進(jìn)半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室】 遠(yuǎn)山半導(dǎo)體發(fā)布新一代高壓氮化鎵功率器件
- ADALM2000實(shí)驗(yàn):變壓器
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電容器公式
電聲器件
電位器
電位器接法
電壓表
電壓傳感器
電壓互感器
電源變壓器
電源風(fēng)扇
電源管理
電源管理IC
電源連接器
電源濾波器
電源模塊
電源模塊
電源適配器
電子書
電阻測(cè)試儀
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動(dòng)力電池
動(dòng)力控制
獨(dú)石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號(hào)