0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

阻止静电放电的原因

电子工程师 来源:网络整理 作者:佚名 2018-06-05 15:40 次阅读

电子电路面临的风险比以往任何时候都大,罪魁祸首是静电放电(ESD)。这些祸害是隐秘的杀手,特别容易攻击敏感的IC。单次静电放电事件就可以将PCB送入地狱。抗静电放电设计只要错失一步就可能意味着延误上市时间、影响开发进度,以及激怒客户。在某些高压力情况下,甚至意味着你的饭碗不保。


在尺寸不断缩小的微电子时代,如果ESD瞬变未加抑制地在PCB走线上出现之前你不去主动地阻止它们,那么ESD事件很可能毁了你的产品

在写这篇文章时,我刚好想起几个月前发生的一件相当有趣的事。一位快要发疯了的客户联系我们寻求紧急帮助,希望能够保护他的系统免遭“愤怒的”ESD瞬变伤害。这个可怜的家伙遭受了一系列抗ESD故障的打击,并使得他的产品规划全泡了汤。他肯定错漏了一些步骤。

首先,他没有在任何I/O接口处实现保护钳位电路,也没有为TVS钳位器件放置PCB焊盘作为他需要保护的“安全阀”措施。使挑战更加复杂的是,这种特殊产品上的I/O端口被连接到了一些高速和非常敏感的通信IC。并没有发生多少ESD就使得这些电路板发生了通信故障。图1显示了在数据线上使用钳位二极管的例子。

阻止静电放电的原因


图1:TVS二极管可以在数据线上提供ESD保护。这个例子展示了带ESD保护功能的USB 2.0数据线。

当第一块板没有通过ESD一致性测试时,还会推出版本1和版本2。这次不再是“瞎猜了”。客户显然找到了一个ESD额定电压为±15kV的瞬态电压抑制(TVS)钳位管。他在电路板的一些I/O端口上布放了一些TVS,然后相当高兴地认为这个器件可以保证他的系统可以抗±15kV的ESD冲击。虽然这步走的方向是正确的,但他仍然从根本上误解了ESD威胁。第二版电路仍然没有通过±15kV电压的测试,虽然这时他发现用TVS带来了一定程度的改进。图2展示了TVS二极管如何“钳位”来自ESD脉冲的电压。

阻止静电放电的原因


图2:钳位二极管可以减小来自ESL脉冲的电压,因而能有效防止你的电路受到损坏。
Transient Environment: 瞬态环境
Transient voltage: 瞬态电压
Transient current: 瞬态电流
Clamped voltage: 钳位电压
TVS Diode: TVS二极管
Data Line Transceiver IC: 数据线收发器IC

由于遭受了两次电击,这位工程师带着惊恐的心情求助于我们。随着我们对问题的深入分析,我真切感受到这位工程师的焦虑和恐惧。事实上,我有深切的感受,在这位工程师的PCB走线上乱串的ESD瞬态信号不仅会危害到电路板上的通信器件,而且毫不夸张地说可能威胁到他的工作。他早就需要一个解决方案了。由于时间不等人,而且这个已经推迟的设计另一端还有一位就要失去耐心的客户,我们接管了这个问题。他把电路板送到了我们的Semtech实验室,明确希望我们保护这个产品免受ESD的伤害,继而也保护他的信誉和工作。

然而,我们首先需要澄清的误解是,TVS钳位器件数据手册上的±15kV额定值与他在PCB上想要达到的系统级保护阈值基本上没有关系。那个额定值涉及的是TVS器件本身的故障阈值,但并不等同于系统要保证的抗干扰度。正如事实摆明的那样,他的系统电路太敏感了,在满足针对TVS器件的电容约束和尺寸要求条件下,很难达到±15kV的系统级抗干扰性能。

此外我要解释的是,并不是所有TVS器件生来都是一样的。不同制造商生产的两种TVS钳位器件的钳位性能可能有很大的差别。如果产品开发周期非常吃紧的话,选择便宜、山寨的TVS器件不是一个好的策略。因此,我们用一些更新的高性能低侧钳位器件对他的电路板进行了改造——这些器件可以抑制很高的峰值电流。这样,这块电路板的抗干扰性能有了显著的改进,如下图所示。

阻止静电放电的原因


图3:增加瞬态电压抑制可以显著降低钳位电压,保护敏感的IC。
Voltage: 电压

TVS Clamping Response (+8kV Contact Discharge): TVS钳位响应(+8kV接触放电)
+8kV Contact voltage waveform: +8kV接触电压波形
No external TVS protection implemented: 没有使用外部TVS保护
Clamped ESD voltage(+8kV contact) with Semtech RClamp0531TQ TVS: 使用Semtech RClamp0531TQ TVS的钳位ESD电压(+8kV接触电压)
Time: 时间

他的系统现在可以轻松通过±8kV测试了(大多数情况下±8kV足够了)。电路板仍然没能通过±15kV接触放电测试(扩展目标),但比以前的结果要好多了。在此基础上,为了进一步提高系统的健壮性,我们在线路上增加了一个小的串联电阻,它足以压制残余的瞬态电流,但还不足以影响信号性能。

虽然增加电阻并不是最理想的方案,但它确实提高了抗ESD性能,在这样一个设计后期阶段,它提供了实现起来相对容易的修复手段。最终结果表明一切安好:稳健的产品,愉悦的最终用户,高兴的老板,以及更加深入理解ESD保护知识的工程师。正如他们说的那样,“增加电阻起到了四两拨千斤的效果。”我猜想在他的下一个设计中,我们的朋友会更加主动地去避免最后时刻才会发现的任何ESD失误。


关于作者:

Timothy Puls是Semtech公司的产品营销工程师。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • ESD
    ESD
    +关注

    关注

    49

    文章

    2030

    浏览量

    172939
  • 静电放电
    +关注

    关注

    3

    文章

    286

    浏览量

    44643
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    (2)什么是静电放电以及静电放电的特点

    静电放电
    上海雷卯电子
    发布于 :2024年10月13日 11:21:20

    (2)什么是静电放电以及静电放电的特点

    静电放电
    上海雷卯电子科技有限公司
    发布于 :2024年10月13日 11:51:46

    系统层级静电放电与芯片层级静电放电有什么差异

    随着半导体制程威廉希尔官方网站 的不断演进,以及集成电路大量的运用在电子产品中,静电放电已经成为影响电子产品良率的主要因素。美国最近公布因为静电放电而造成的国家损失,一年就高达两百多亿美金,而光是电
    发表于 07-25 06:45

    静电放电原理

    静电放电原理
    发表于 12-30 15:22 0次下载

    系统层级静电放电与芯片层级静电放电的差异

    随着半导体制程威廉希尔官方网站 的不断演进,以及集成电路大量的运用在电子产品中,静电放电已经成为影响电子产品良率的主要因素。美国最近公布因为静电放电而造 成的国家损失,一年就高达两百多亿美金,而光是
    发表于 11-08 15:45 16次下载
    系统层级<b class='flag-5'>静电</b><b class='flag-5'>放电</b>与芯片层级<b class='flag-5'>静电</b><b class='flag-5'>放电</b>的差异

    静电放电及防护基础知识

    一、术语及定义 1、静电:物体表面过剩或不足的静止的电荷. 2、静电场:静电在其周围形成的电场. 3、静电放电:两个具有不同
    发表于 11-23 05:45 1433次阅读

    模拟分析静电放电(ESD)事件

    静电放电(ESD)理论研究的已经相当成熟,为了模拟分析静电事件,前人设计了很多静电放电模型。
    的头像 发表于 08-11 11:46 9596次阅读
    模拟分析<b class='flag-5'>静电</b><b class='flag-5'>放电</b>(ESD)事件

    手机中静电放电问题的具体原因分析

    静电放电导致手机部分功能失效,但静电放电过程结束后或者重新启动手机之后失效的功能可以恢复。这些现象可能为:屏幕显示异常,如屏幕显示呈白色、出现条纹、显 示出现乱码、显示模糊等等;
    发表于 10-08 09:25 1.2w次阅读
    手机中<b class='flag-5'>静电</b><b class='flag-5'>放电</b>问题的具体<b class='flag-5'>原因</b>分析

    为什么要防护静电放电?

    微电子电路面临的风险比以往任何时候都大,罪魁祸首是静电放电(ESD)。这些祸害是隐秘的杀手,特别容易攻击敏感的IC。单次静电放电事件就可以将PCB送入地狱。抗
    发表于 02-10 11:48 2次下载
    为什么要防护<b class='flag-5'>静电</b><b class='flag-5'>放电</b>?

    静电放电的测试方法 静电放电问题整改案例

    静电放电的产生有两个基本条件,一. 是电荷的积累,电荷的积累是前提,然后是“跨接”,电荷的剧烈流动就是放电。所以从这两个方面就行控制就能有效地防护静电
    发表于 09-05 11:08 893次阅读
    <b class='flag-5'>静电</b><b class='flag-5'>放电</b>的测试方法 <b class='flag-5'>静电</b><b class='flag-5'>放电</b>问题整改案例

    静电放电发生器原理 静电放电发生器的主要用途 静电发生器怎么使用

    静电放电发生器原理 静电放电发生器的主要用途 静电发生器怎么使用  静电
    的头像 发表于 11-23 10:07 2431次阅读

    静电放电模型中的阻容参数

    依据静电放电产生原因及其对集成电路放电方式的不同,静电放电模型可分成以下四类模型:1、人体
    的头像 发表于 11-24 08:13 701次阅读
    <b class='flag-5'>静电</b><b class='flag-5'>放电</b>模型中的阻容参数

    ESD静电放电有几种主要的破坏机制 ESD失效的原因

    ESD静电放电有几种主要的破坏机制 ESD失效的原因  静电放电(ESD)是由于静电的积累导致电
    的头像 发表于 01-03 13:42 5089次阅读

    ESD器件与静电放电的关系

    ESD(静电放电)器件与静电放电之间存在密切的关系。ESD器件的设计和应用主要是为了应对静电放电
    的头像 发表于 11-14 11:23 289次阅读

    ESD静电静电放电的区别与联系

    在现代电子工业中,静电放电(ESD)是一个不可忽视的问题。它不仅关系到电子产品的可靠性和安全性,还直接影响到生产效率和成本。 一、ESD静电静电
    的头像 发表于 11-20 09:45 362次阅读