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重庆高浪涌ESD保护元件选型

来源: 发布时间:2023年03月04日

ESD静电的来源,在电子制造业中,静电的来源是多方面的,如人体、塑料制品、有关的仪器设备以及电子元器件本身。人体是**重要的静电源,这主要有三个方面的原因:1、人体接触面广,活动范围大,很容易与带有静电荷的物体接触或摩擦而带电,同时也有许多机会将人体自身所带的电荷转移到器件上或者通过器件放电;2、人体与大地之间的电容低,约为50一250pF,典型值为150PF,故少量的人体静电荷即可导致很高的静电势;3、人体的电阻较低,相当于良导体,如手到脚之间的电阻只有几百欧姆,手指产生的接触电阻为几千至几十千欧姆,故人体处于静电场中也容易感应起电,而且人体某一部分带电即可造成全身带电。硅基ESD保护器件的结电容与其工作电压成反比关系。重庆高浪涌ESD保护元件选型

防护管一般和被保护电路并联。防护管的串联寄生电感会阻止ESD脉冲泻放到地,降低ESD防护能力。防护管的结电容产生的容抗和被保护电路I/0端口的特征阻抗并联,当防护管的结电容较大时,在高频下的容抗较小,会严重改变接口的的阻抗特性和频谱特性。防护器件的结电容是影响信号质量的主要因素,在高频接口要求防护器件的结电容要尽量小。现在各种电浪涌防护管的结电容要做到很小(小于2pF)还有较大难度,因此现有的防护器件直接用于GHz和Gbps以上的高频接口的ESD防护将对信号质量产生不可容忍的影响。防护器件要具有双极性(双向)防护功能,其响应时间小于ns级时,对ESD脉冲才具有较好的防护效果,响应速度越快其防护效果越好。防护管的箱位电压(或导通电压)低于高频信号峰值电平时也会对高频信号产生限幅效应,箝位电压过高则ESD防护效果差,这增加了较高峰值能量的高频接口的ESD防护电路设计的难度。重庆高浪涌ESD保护元件选型目前ESD静电保护元件结电容可做到0.1pF以内。

在JS-001-2012及MIL-STD-883H中,带电的人体都用100皮法(pF)电容器及1500欧姆的放电电阻来模拟。在测试过程中,电容会充电到数千伏(常见的是2kV、4kV、6kV及8kV),再借由电阻串联到被测器件进行放电。典型的HBM波形有2至10纳秒的上升时间、每千伏特0.67安培的电流,及200纳秒脉冲宽度的双重指数信号衰减波形。如果带电人体通过其手持的小金属物件,如钥匙、螺丝刀等对其他物体产生的放电称为人体-金属ESD模型,与典型的人体放电模型有明显的差别。人体-金属ESD产生的放电电流的峰值一般要比人体ESD大5~7倍。原因是金属物件的电极效应使得人体放电的等效电阻***变小。

Resistor不单独用于芯片的ESD保护,它往往用于辅助的ESD保护,如芯片Input***级保护和第二级保护之间的限流电阻。当ESD电流过大,***级ESD器件难以将电压钳位至安全区域时,第二级ESD器件的导通将使其与电阻分压,从而进一步降低进入内部电路的电压。又如用于GG-NMOS的栅电阻,如图6所示,NMOS的栅极通过一电阻接地,而非直接接地。如此一来,在NMOS漏端发生正向的ESD脉冲时,由于NMOS的漏一栅电容,会使得器件的栅极耦合出一正的电势,该电势会促使NMOS的沟道开启,从而起到降低NMOS在ESD应力下触发电压的目的。静电放电可达到高达几十千伏的放电电压。

ESD防护电路主要采用“过压防护”的原理,通过隔离电路、箝位(限幅)电路、衰减电路、滤波电路等降低ESD冲击电压、限制脉冲电流的大小,使其降低到被保护器件可以承受的程度。ESD脉冲频谱的高频信号特征和高频电路分布参数的严格约束使得在高频电路中防护器件的可选择性很小,在高频电路中进行ESD防护设计的难度增火。ESD脉冲具有持续时间短(ns~数百ns级),能量较低(微焦耳级)的特征,频谱分布在数百KHz到数GHz的范围,其能量主要集中在数MHz到数百MHz的范围内,由于ESD的高频、快速放电特性,其防护电路要求比一般的电浪涌防护电路具有更快的响应速度和良好的高频性能。硅基ESD保护器件的结电容与其芯片面积成正比关系。重庆高浪涌ESD保护元件选型

MOS与BJT用于ESD放电保护原理基本上是一样的,均是通过寄生的BJT来释放ESD电流。重庆高浪涌ESD保护元件选型

高频接口ESD防护电路的综合设计法根据高频电路的信号特征和ESD防护要求灵活选用各种防护器件、以及各种防护电路的组合形成防护效果好且高频性能好的ESD防护电路。如TVS、开关二极管、R/L/C等元件以及二极管串并联、匹配设计、滤波、隔离、衰减等措施可以同时使用在同一防护电路中,通过灵活的选择搭配,并有效利用高频电路的匹配手段设计***的防护电路。如图4,电感!和TVS并联在输入端具有较好的ESD防护效果,其并联谐振的高阻特性改善了端口的驻波性能,隔离电容和电阻衰减器也能起到ESD防护和改善驻波的作用。重庆高浪涌ESD保护元件选型

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