电子元器件的防浪涌应用

电子元器件的防浪涌应用
    电浪涌引起的电过应力（EOS）损伤或烧毁是电子元器件在使用过程中最常见的失效模式之一。
    电浪涌是一种随机的短时间的高电压和强电流冲击，其平均功率虽然很小，但瞬时功率却非常之大。因此，它对电子元器件的破坏性很大，轻则引起逻辑电路出现误动作或导致器件的局部损伤，重则引发热电效应（如双极晶体管的二次击穿、CMOS电路的闩锁效应），使器件特性产生不可逆的变化，甚至遭到永久性破坏（如造成铝金属互连线的烧熔飞溅）。随着电子元器件集成密度的提高和几何尺寸的缩小，使得它越来越容易因受到电过应力而损坏。因此，必须采取有效措施予以防范。
9.1.1 集成电路开关工作产生的浪涌电流
    数字集成电路在输出状态翻转时，其工作电流的变化很大。例如，在如图9.1所示的具有图腾柱输出结构的TTL电路中，当状态翻转时，由于晶体管内储存电荷的释放需要一定的时间，其输出部分的两个晶体管VT01和VT02会有大约10ns的瞬间同时导通，这相当于电源对地短路。每一个门电路，在此转换瞬间有幅度为30mA左右的浪涌电流输出。
    对于大规模集成电路或高密度印制板组件，一块电路或一块组件上会有几十乃至成千上百个门电路同时翻转，所形成的浪涌电流是十分可观的。在上例中，若有33块TTL电路同时翻转，则瞬态电流可达1A，而变化时间只有10ns。象这种电流变化，稳压电源是难以稳定调节的。一般稳压电源的频率特性只有10kHz数量级，对于10ns级的剧烈变化是无济于事的。于是，上述效应就会造成电源电流的剧烈波动，不仅给产生浪涌的原电路，而且可能给电路中的其它器件造成危害，还会通过电磁辐射影响邻近的电路或设备。
由于这种浪涌电流具有很高的频率成分，可在集成电路附近接旁路电容（有时称去耦电容）加以抑制，如图9.2所示。根据经验，一般可以在每5～10块（具体数目与所用电路的类型有关）集成电路旁接一个0.01～0.1μF左右的电容；每一块大规模集成电路或每一块运算放大器也最好能旁接一个电容。去耦电容应该是低电感的高频电容，小容量电容一般选用园片陶瓷电容器或多层陶瓷电容器，大电容最好选用钽电解电容器或金属化聚酯电容器，不宜采用铝电解电容器，因为它的电感比上述电容器大近一个数量级。另外，在印制线路板的电源输入处，也应旁接一个100μF左右的钽电容和一个0.05μF左右的陶瓷电容。