保护器件之ESD静电保护器学习(下)

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ESD的关键参数

① 静电防护等级

静电防护等级:器件可以保护的最大的静电等级。

说明:阻容模组正常是IEC模型150pF、330Ω,放电模式根据静电枪头是否接触EUT分为接触放电和空气放电,根据是测试EUT还是耦合板分为直接放电和间接放电,通常情况下,这里的放电等级是在直接放电的模式下测试的。

② 8/20us 波形峰值脉冲电流

8/20us 波形峰值脉冲电流:器件在8/20us波形下可以承受的最大电流。

备注:之所以没有评估功率,主要是考虑现有器件的特性不是功率越大越好,因为Ppp=IPP*VC,而回扫型ESD的VC很低,所以功率高有可能意味着残压也很高。


③ 丝印

丝印:表示产品本体上的印字。


④ 截止电压

截止电压(Vrwm,Reverse stand-off voltage):安全工作电压,器件两端电压小于等于截止电压时,器件的漏电流≤规格书定义的漏电流。

说明:所以如果产品工作电压超出器件截止电压,器件两端的漏电流就会变大,最后导致器件性能损伤或者直接导通失效。

⑤ 击穿电压

击穿电压(VBR,Breakdown voltage):触发电压、动作电压、在器件两端电压大于等于击穿电压时,判定器件被击穿,实际是在规格书定义的测试电流IT(1mA)下对应的电压


⑥ 最大钳位电压

最大钳位电压(VC,Maximum Clamping Voltage):在对应波形(正常情况下是在10/1000us的纯电流波)的IPP的情况下,器件两端的限制电压(也叫残压、钳位电压、保护电压等)。

说明:在不同的电流的情况下,ESD两端的VC会有差异。


⑦ 反向漏电流

反向漏电流(IR,Reverse Leakage):定义在器件两端电压为截止电压Vrwm的时候器件的反向电流。


⑧ 结电容

结电容:器件两端的电容值。

说明:高速信号线对并联在上面的器件的电容值比较敏感,因为会影响电路正常的信号传输。

⑨ 产品封装

产品封装:表明产品的封装形式。


⑩ 极性

极性:只有一颗单向TVS意味着是单向器件,有两颗则是双向,单双向也可以通过I-V特性曲线来进行判断。



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ESD的选型考虑


底层逻辑:在不影响要保护的电路平时正常工作的情况下,还能在异常的过压经过的时候,把电压降下来,达到保护后面的电路或者芯片的目的,同时保护器件本身还不能被打坏。


分析:

1. 如何实现在加了ESD后不影响电路正常工作?

——针对电源端口,主要会影响电路正常工作的因素是ESD的两端的电压和漏电流,漏电流大会导致电路损耗增大,对于ESD本身来说,正常不动作之前漏电流是很小的,但是在触发导通之后,器件的反向电流会变大,持续保持这个状态ESD有失效的风险。

所以,针对以上考虑,ESD首先需要考虑截止电压Vrwm的选择,因为截止电压就是针对性的给出的安全电压的建议,如果电路本身的工作电压超出器件的截止电压,那么漏电流就有可能会超出TVS规格书给出的范围,产生安全隐患。

也就是:Udc < Vrwm


——针对信号端口,分为高速信号和低速信号,需要考虑到ESD的结电容,不同的传输速率,对容值要求越高,不同传输速率下建议应用的器件容值如下:


2. 怎么实现异常过压经过ESD后,ESD可以有效保护后面的电路或芯片?

——这里主要考虑的是器件两端的残压,但是由于这里的残压是瞬态的,而后端芯片的耐压是常态的,所以还是需要实际测试验证。


如果在PCB不能动的情况下,可以先尝试用几种方法降低器件两端残压:

① 选用残压更低的器件或者回扫型的器件。

② 选用IPP更大的器件。


如果PCB可以更新,可以尝试用以下几种方案降低残压:

① 线路上串联电阻并联电容等退耦器件,因为经典的脉冲持续时间只有纳秒级别,所以瞬间的脉冲尖峰非常高,可以通过增加电阻等退耦的方式吸收尖峰残压。

② 把ESD的地阻抗减少,加快ESD动作时间。

静电的防护除了传导以外,还有耦合的方式,因为ESD频率非常快,所以容易直接和敏感金属引脚形成电容电流路径,尽量把敏感信号离地物理路径远一点以免产生耦合。


3. ESD自身不能被打坏。

——这个主要是考虑ESD的防静电等级,选择一个比需求的等级高的ESD就可以了。


 END

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