來源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

手機、數(shù)碼相機、MP3播放器和PDA等手持設(shè)備的設(shè)計工程師，正不斷地面臨著在降低整個系統(tǒng)成本的同時、又要以更小的體積提供更多功能的挑戰(zhàn)。集成電路設(shè)計工程師通過在減少硅片空間大小的同時提高設(shè)備的速度和性能，以此來推動這一趨勢。

為了使功能和芯片體積得到優(yōu)化，IC設(shè)計工程師要不斷地在他們的設(shè)計中使功能尺寸最小化。然而，要付出什么代價呢?IC功能尺寸的減少使得器件更易受到ESD電壓的損害。這種趨勢對終端產(chǎn)品的可靠性會產(chǎn)生不利的影響，并且會增加故障的可能性。因此，手持設(shè)備的設(shè)計工程師就要面對找到一種具有成本效益的ESD解決方案的挑戰(zhàn)，這種方案能把電壓箝位到更低水平，以便使那些采用了對ESD越來越敏感的IC的終端產(chǎn)品保持高可靠性。

ESD波形

以系統(tǒng)級的方法來定義典型的ESD事件所采用的最常見的波形，是以其亞納秒上升時間和高電流電平(參見圖1)為顯著特征的IEC61000-4-2波形。這種波形的規(guī)范要求采用四級ESD量級。大部分設(shè)計工程師都要求把產(chǎn)品限定到最高級的8kV的接觸放電或15kV的空氣放電。當進行元器件級測試時，因為空氣放電測試在這樣的小型元器件上是不能重復(fù)的，接觸放電測試則是最適合的測試方式。

ESD方面所需考慮因素

ESD保護器件的目的是把數(shù)千伏電壓的ESD輸入電壓降低到所保護的IC所能承受的的安全電壓，并能把電流從IC旁路。雖然所需ESD波形的輸入電壓和電流在過去的幾年沒有出現(xiàn)變化，但要求保護IC的安全電壓電平卻降低了。過去，IC設(shè)計在ESD防護方面更具魯棒性，而且能夠承受更高電壓，因此，在選擇能符合IEC61000-4-2第4級的要求的保護二極管時有充分的選擇余地。而對于如今ESD更敏感的IC，設(shè)計工程師就必須不僅要確保保護器件能夠符合IEC61000-4-2第4級標準，而且還要確保該器件能夠?qū)SD脈沖鉗制到足夠低的電平，從而確保IC不受損壞。在為給定的應(yīng)用選擇最佳保護器件的時候，設(shè)計工程師們必須要考慮到ESD保護器件能夠把ESD電壓控制到多么低的電平。

選擇最有效的保護方案

保護二極管的關(guān)鍵DC指標是擊穿電壓、漏電和電容。大部分數(shù)據(jù)頁也會說明IEC61000-4-2的最大額定電壓，該電壓指的是二極管在該電壓上不會被ESD沖擊損壞。所存在的問題是，大部分數(shù)據(jù)頁中沒有任何針對像ESD這樣的高頻率、高瞬態(tài)電流的箝位電壓方面的信息?？墒且敿氄f明，要在IEC61000-4-2規(guī)范中硬性規(guī)定箝位電壓不是一件簡單的事情，這是因為該規(guī)范的初衷是用來檢驗系統(tǒng)是否合格，并且頻率是如此高。要把這種規(guī)范來檢驗保護器件，關(guān)鍵的是不僅要檢查保護二極管是否合格/不合格，還要檢查它能把ESD電壓箝位到多么低的電平。

比較保護二極管箝位電壓的最好途徑是采用一臺示波器抓取保護二極管兩端在ESD產(chǎn)生期間內(nèi)的實際電壓波形。在觀察經(jīng)受IEC61000-4-2標準測試的ESD保護器件的電壓波形時，通常初始電壓峰值之后緊隨著第二峰值，并且最終電壓將會穩(wěn)定下來。初始峰值是由IEC61000-4-2波形的初始電流峰值和由測試電路中存在的電感所導(dǎo)致的過沖相結(jié)合所造成的。初始峰值的持續(xù)時間很短，因此限定了傳輸?shù)絀C的能量。圖中曲線上顯示了保護器件的箝位性能，其位于第一個過沖之后。應(yīng)該重點關(guān)注第二個峰值，這是因為該峰值的持續(xù)時間較長，被測IC承受的能量將因此增加。在以下的討論中，箝位電壓被定義為第二峰值的最大電壓。

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審核編輯黃宇