電路級靜電防護技巧(二)

2021-09-12 22:33:02 字數 2119 閱讀 7959

當積體電路( ic )經受靜電放電( esd) 時,放電迴路的電阻通常都很小,無法限制放電電流。例如將帶靜電的電纜插到電路介面上時,放電迴路的電阻幾乎為零,造成高達數十安培的瞬間放電尖峰電流, 流入相應的 ic 管腳。瞬間大電流會嚴重損傷 ic ,區域性發熱的熱量甚至會融化矽片管芯。 esd 對 ic 的損傷還包括內部金屬連線被燒斷,鈍化層受到破壞,電晶體單元被燒壞。

esd 還會引起 ic 的死鎖( latchup )。這種效應和 cmos 器件內部的類似可控矽的結構單元被啟用有關。高電壓可啟用這些結構,形成大電流通道,一般是從 vcc 到地。序列介面器件的死鎖電流可高達 1a 。死鎖電流會一直保持,直到器件被斷電。不過到那時, ic 通常早已因過熱而燒毀了。

電路級esd防護方法

1.併聯放電器件。

常用的放電器件有tvs,齊納二極體,壓敏電阻,氣體放電管等。如圖

1.2 瞬變電壓消除器 tvs(transient voltage suppressor) 。 tvs 是一種固態二極體,專門用於防止 esd 瞬態電壓破壞敏感的半導體器件。與傳統的齊納二極體相比, tvs 二極體 p/n 結面積更大,這一結構上的改進使 tvs 具有更強的高壓承受能力,同時也降低了電壓截止率,因而對於保護手持裝置低工作電壓迴路的安全具有更好效果。

tvs 二極體的瞬態功率和瞬態電流效能與結的面積成正比。該二極體的結具有較大的截面積,可以處理閃電和 esd 所引起的高瞬態電流。tvs也會有結電容,通常0.3個pf到幾十個pf。tvs有單極性的和雙極性的,使用時要注意。手機上用的tvs大約0.01$, 低容值的約2-3分$。

1.3 多層金屬氧化物結構器件 (mlv),大陸一般稱為壓敏電阻。 mlv 也可以進行有效的瞬時高壓衝擊抑制,此類器件具有非線性電壓 - 電流 ( 阻抗表現 ) 關係,截止電壓可達最初中止電壓的 2 ~ 3 倍。這種特性適合用於對電壓不太敏感的線路和器件的靜電或浪湧保護,如電源迴路,按鍵輸入端等。手機用壓敏電阻約0.0015$,大約是tvs**的 1/6,但是防護效果沒有tvs好,且壓敏電阻有壽命老化。

2.串聯阻抗。

一 般可以通過串聯電阻或者磁珠來限制esd放電電流,達到防靜電的目的。如圖。如手機的高輸入阻抗的埠可以串1k歐電阻來防護,如adc,輸入的 gpio,按鍵等。不要擔心0402的電阻會被打壞,實踐證明是打不壞的。這裡不詳細分析。用電阻做esd防護幾乎不增加成本。如果用磁珠,磁珠的**大 約0.002$,和壓敏電阻差不多.

3.增加濾波網路。

前面提到了靜電的能量頻譜,如果用濾波器濾掉主要的能量也能達到靜電防護的目的。

對於低頻訊號,如gpio輸入,adc,音訊輸入可以用1k+1000pf的電容來做靜電防護,成本可以忽略,效能不比壓敏電阻差,如果用1k+50pf的壓敏電阻(下面講的復合防護措施),效果更好,經驗證明這樣防護效果有時超過tvs。 

4.復合防護。

有一種器件叫emi filter,他有很好的esd防護效果,如圖。emifilter也有基於tvs管的和基於壓敏電阻的,前者效果好,但很貴,後者廉價,一般4路基於壓敏電阻的emi**在0.02$.

5.增加吸收迴路。

可以在敏感訊號附件增加地的漏銅,來吸收靜電。道理和避雷針原理一樣。

在訊號線上放置尖端放電點(火花隙)在山寨手機設計中也經常應用。

電路及esd靜電防護

1 併聯放電器件。常用的放電器件有tvs,齊納二極體,壓敏電阻,氣體放電管等。如圖 1.1 齊納二極體 zener diodes 也稱穩壓二極體 利用齊納二極體的反向擊穿特性可以保護 esd敏感器件。但是齊納二極體通常有幾十 pf 的電容,這對於高速訊號 例如 500mhz 而言,會引起訊號畸變。齊...

esd防護 電路級ESD防護方法

電路板級的esd防護方法有很多種類,常見的有以下幾個方法 1 併聯放電器件 常用的放電器件有esd tvs,固體放電管,穩壓二極體,壓敏電阻,氣體放電管等 瞬變電壓消除器 tvs transient voltage suppressor tvs 是一種固態二極體,專門用於防止 esd 瞬態電壓破壞敏...

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