靜電問題診斷思路和防護(hù)設(shè)計(jì)

隨著科技快速發(fā)展，電子產(chǎn)品的集成度和自動(dòng)化程度越來越高，產(chǎn)品的ESD敏感度也越高，產(chǎn)品防ESD干擾的能力已經(jīng)成為電子產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一個(gè)重要因素。為此越來越多的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)將ESD 抗擾度驗(yàn)驗(yàn)作為推薦或強(qiáng)制性內(nèi)容納入其中。

產(chǎn)品在測試靜電不通過需要整改是工程師遇到很棘手的問題。ASIM深耕于EMC保護(hù)器件行業(yè)數(shù)載，有標(biāo)準(zhǔn)EMC室驗(yàn)室、專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。淺談ESD問題常用診斷思路、關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)、防護(hù)器件選型如下：

診斷思路：

現(xiàn)象分析法：靜電放電過程中仔細(xì)觀察出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)的現(xiàn)象，結(jié)合產(chǎn)品功能特性、電路設(shè)計(jì)快速鎖定問題范圍；

排除分析法：將靜電放電槍放電電壓由低到高調(diào)節(jié)，使用靜電放電槍尖頭直接對芯片引腳接觸放電，找出靜電放電過程中出現(xiàn)相同異?，F(xiàn)象的引腳；

路徑分析法：根據(jù)產(chǎn)品的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)、PCB布局線路設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)方案，分析靜電電流泄放路徑是否存在抗靜電能力較弱的元件或者敏感信號布線。

PCB關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)：

1. 接口信號線防護(hù)器件（ESD/TVS）放在信號的主干路并靠近接口布置；

2. 主芯片、復(fù)位芯片、IC電源模塊等敏感器件或模塊遠(yuǎn)離機(jī)箱接口或縫隙；

3. 敏感信號線設(shè)計(jì)好信號回流路徑，增加防護(hù)器件，保證環(huán)路min??；

4. 地線盡量保證完整性，打無規(guī)則過孔，使地的阻抗最A(yù)小。

TVS/ESD防護(hù)器件選擇：

              1、確定被保護(hù)電路的max voltage 或連續(xù)工作電壓；

              2、TVS的額定反向截止電壓（Vrwm）應(yīng)≥被保護(hù)電路的max work voltage；

              3、TVS的VC應(yīng)該要＜被保護(hù)電路的損壞電壓；

              4、對于數(shù)據(jù)通訊信號線增加保護(hù)器械，還須注意選取具合適的寄生電容(Cj)參數(shù)，通常信號頻率≥10MHz時(shí)，Cj＜100pF; 信號頻率≥1GHz時(shí)，Cj＜3p。

ESD二極管的工作原理

ESD二極管在應(yīng)用時(shí)是并聯(lián)在電路上的，對線路的工作不會產(chǎn)生影響。它具有優(yōu)異的靜電吸收能力，與齊納二極管響應(yīng)時(shí)間達(dá)到同樣的水平，在吸收靜電中，可以保持電流-電壓對稱的特性。

ESD二極管采用層疊結(jié)構(gòu)，具有極低的電容特性，可選擇0402封裝，0603封裝，0805封裝等系列。具有較好的安裝可靠性，支持無鉛焊接。電鍍（鎳/錫），達(dá)到良好的焊接性，焊接耐熱性。可以替代齊納二極管+電容。實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間，可以降低總體安裝成本。

ESD二極管在選用時(shí)要注意擊穿電壓應(yīng)該比線路最a高的工作電壓或者信號電平的最a大電壓值大；根據(jù)線路上可能出現(xiàn)的最a大浪涌電流來選擇脈沖峰值電流合適的型號。要注意的是，此時(shí)的最a大箝位電壓應(yīng)該小于被保護(hù)芯片所能耐受的最a大峰值電壓；另外，esd二極管的封裝大小通常表示防護(hù)功率的大小，封裝越大防護(hù)等級就越高，所以需要根據(jù)電路設(shè)計(jì)布局和被保護(hù)線路數(shù)目來選擇最a合適的封裝

瞬態(tài)電壓抑制二極管的性能

瞬態(tài)抑制二極管又叫TVS管，瞬態(tài)抑制二極管是防浪涌功率用的，很短的一個(gè)時(shí)間內(nèi)受到反向電壓沖擊，使兩極間的電壓鉗位在一個(gè)固定電壓上，避免后面的電路受到?jīng)_擊，做過壓保護(hù)，在通信電子設(shè)備等產(chǎn)品中很常見。連接的時(shí)候必須反向工作在電路電源、地兩端，跟穩(wěn)壓二極管差不多，但不需要限流電阻。

    在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下，當(dāng)承受一個(gè)高能量的瞬時(shí)過壓脈沖時(shí)，他的工作阻抗立即降到很低的導(dǎo)通值，允許大電流通過，并將電壓箝制到一個(gè)水平，更有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件免受損壞。

TVS管可以按極性分為單極性和雙極性兩類，可分為單向瞬態(tài)抑制二極管和雙向瞬態(tài)抑制二級管。

雙向TVS管可以在正反兩個(gè)方向吸收瞬間脈沖功率，并且把工作電壓箝制到預(yù)定水平，雙向TVS管常用在交流電路，單向TVS管一般多用于直流電路。在反向工作時(shí)候，規(guī)定的脈沖條件下，元器件通過的最a大脈沖峰值電流。IPP跟最a大箝位電壓的乘積，這就是瞬態(tài)脈沖功率的最a大值。

單向TVS管的正向特性跟普通穩(wěn)壓二極管一樣，反向擊穿拐點(diǎn)近似“直角”為硬擊穿，為典型的PN結(jié)雪崩器件。從擊穿點(diǎn)到Vc值所對應(yīng)的曲線段表明，當(dāng)有瞬時(shí)過壓脈沖時(shí)，器件的電流急驟增加而反向電壓則上升到箝位電壓值，并且保持在這一水平上。

平常使用時(shí)應(yīng)該正確選取TVS，使額定瞬態(tài)脈沖功率PPR大于被保護(hù)器件或線路可能出現(xiàn)的最a大瞬態(tài)浪涌功率。器件在發(fā)生擊穿的區(qū)域內(nèi)，在規(guī)定的試驗(yàn)電流I(BR)下，測出器件兩端的電壓稱為擊穿電壓，在這個(gè)范圍內(nèi)，二極管成為低阻抗的通路。