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ESD保护元件参数

来源: 发布时间:2023年05月28日

国际电工委员会(Internationa1日ectrotechnicalCommission,IEC)制定了测试标准IEC61000-4-2来评价电子设备的ESD抗扰度等级。但人们在研究静电放电的危害时,主要关心的是静电放电产生的注入电流对电火工品、电子器件、电子设备及其他一些静电敏感系统的危害,忽视了静电放电的电磁脉冲效应,直到20世纪90年代初Wilson才***提出ESD过程中产生的辐射场影响。IEC61000-4-2标准虽几经修改,规范了ESD模拟器对水平耦合板和垂直耦合板的放电方式,但没有关于ESD辐射场的明确规定,对ESD模拟器也*规定了放电电流的典型波形和4个关键点参数。通常被测设备(equip—mentundertest,EUT)是易受电磁场影响的。许多学者在实际测试时发现,由于ESD模拟器内部继电器与接地回路等因素的影响,符合IEC61000-4-2标准要求的不同END模拟器所得测试结果并不相同。国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD,中文名称为静电阻抗器。ESD保护元件参数

人体放电模型(HBM)法规:十九世纪时,人们曾用这种模型来调查矿坑中的气体混合物事件。美国***标准MIL-STD-883的第3015.8号方法建立了一个简化的等效电路,以及模拟人体模型需要的测试程序。另一个国际广为使用的法规是ANSI/ESDA-JEDECJS-001:静电放电敏感度测试。人体模型主要用在工厂生产环境中,另一个类似的法规IEC61000-4-2,是系统级的静电测试法规,则是在在系统层级的测试。我国静电放电对应的国标相对应的标准为GB/T17626.2。ESD保护元件参数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。

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。

在ESD设计中,Diode是一种常见的器件。图2为Diode的一种典型应用情况,在VDD相对于VSS发生PositiveESDPulse时,Diode发生雪崩击穿并释放ESD电流,从而保护内部电路不受ESD影响。但由于二极管完全通过雪崩击穿释放ESD电流,在大电流下器件的功耗很大,因此这种模式下二极管的抗ESD能力往往很低,器件的微分电阻也较大;而在VDD相对于VSS发生NegativeESDPulse时,该Diode为正偏并释放ESD电流,由于二极管的正向导通电压很小,此模式下器件的功耗很小,因此其抗ESD能力非常强。由于Diode在正偏和反偏两种状态下的ESD能力差别非常大,因此目前在使用二极管作ESD保护器件时往往会采用非常大的器件面积提升二极管反偏状态下的ESD能力,如此一来,缺点是非常明显的,它增大了ESD器件的面积占用,更为严重的是,对于高频引脚而言,此方式会带来较大的寄生电容,使引脚的频率特性变差。单位面积的ESD防护能力大致如下:SCR>MOS>Diode(反向击穿)。

SCR器件是除正向Diode外抗ESD能力**强的器件。当阳极出现PositiveESDPulse时,Nwell/Pwell结发生雪崩击穿,击穿产生的电子电流和空穴电流分别流过电阻RNw和Rpw,使PNP器件和NPN器件开启,阳极的P+注入大量空穴,阴极的N+注入大量电子,注入的空穴成为NPN器件的基极电流,注入的电子成为PNP器件的基极电流,正反馈过程得以形成,使Nwell和Pwell均出现强烈的电导调制效应,继而降低器件两端的压降。因此,SCR器件的维持电压往往很低,并由此导致其抗ESD能力非常强,微分电阻也非常小。在阳极出现NegativeESDPulse时,电流可通过正偏的阴极P+/阳极N+释放。ESD防护主要采用“过压防护”的原理,通过隔离电路、钳位电路、衰减电路等方式降低ESD的冲击电压。ESD保护元件参数

ESD静电保护元件一般并联在电流中使用。ESD保护元件参数

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。ESD保护元件参数

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