ESD 器件規(guī)格定義

工作電壓(VRWM)：工作電壓是指建議的器件工作電壓范圍。應(yīng)用的信號(hào)電壓不應(yīng)處于ESD器件的工作電壓范圍之外。在負(fù)范圍或正 范圍內(nèi)超過工作電壓都會(huì)導(dǎo)致不必要的鉗位和泄漏，從而損壞器件和系統(tǒng)。

電容ESD二極管與信號(hào)布線并聯(lián)，因而ESD器件會(huì)向系統(tǒng)引入一些寄生電容。對于高速接口，最大限度地減小電容 以保持信號(hào)完整性十分重要。

IEC 61000-4-2等級IEC61000-4-2等級包括體現(xiàn)ESD器件穩(wěn)健性的接觸等級和空氣間隙等級。接觸等級是指當(dāng)源極直接向ESD器件 放電時(shí)該器件可承受的最大電壓?？諝忾g隙等級是指當(dāng)源極通過空氣間隙向 ESD 器件放電時(shí)該器件可承受的最大電壓。IEC61000-4-2等級專為實(shí)際應(yīng)用而設(shè)計(jì)，分為4 個(gè)級別。IEC 61000-4-2等級越高則說明該 ESD 器件可承受的電壓越高。

通道ESD器件可采用單通道和多通道配置。根據(jù)應(yīng)用的不同，多通道器件可實(shí)現(xiàn)更小的解決方案尺寸并節(jié)省布板空間，因?yàn)樗鼘⒍鄠€(gè)單通道器件整合在一起。相反，單通道器件可提供更高的設(shè)計(jì)靈活性。

單向與雙向：雙向ESD二極管同時(shí)具有正負(fù)工作電壓范圍，通常為 –3.6V至3.6V或–5.5V至5.5V。因此，雙向ESD器件 可支持?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)在正負(fù)電壓之間切換的接口。單向ESD只有正工作電壓范圍，但具有更好的負(fù)鉗位。

ESD 布局技巧

優(yōu)化阻抗以消除ESD在設(shè)計(jì)將ESD消除的電路時(shí)，電感是需要考慮的重要寄生參數(shù)。由于存在寄生電感，電流的變化會(huì)導(dǎo)致整體電壓 發(fā)生變化，從而破壞整體電路板的性能。圖2-1所示為ESD源和瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)或ESD二極管之間的四個(gè)寄生電感。

在設(shè)計(jì)完善的系統(tǒng)中，ESD源與通過TVS的接地路徑之間的電感會(huì)最大限度地減小。請通過以下5個(gè)布局技巧來減小電感：

1. 最大限度地減小ESD源與通過TVS的接地路徑之間的電感

2. 在設(shè)計(jì)規(guī)則允許的情況下，將TVS放置在盡可能靠近ESD源或連接器的位置

3. 使受保護(hù)的IC與TVS之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過TVS到連接器的距離。遵循第2條和第3條技巧將確保L4>>L1，引導(dǎo)IESD流向TVS。節(jié)2.2和節(jié)2.3中進(jìn)一步介紹了如何最大限度地減少L1。

4. 不要在TVS和受保護(hù)線路之間使用L2殘樁。在ESD源與TVS之間直接布線。在設(shè)計(jì)完善的系統(tǒng)中，不應(yīng)存L2。請避免會(huì)在受保護(hù)線路和TVS之間引入電感的設(shè)計(jì)做法。

5. 最大限度地減小了TVS與接地之間的L3電感，具體請參閱節(jié)2.4中的進(jìn)一步說明。該電感是影響整體VESD的最主要的寄生參數(shù)。

限制來自ESD的EMI

如果不采取適當(dāng)?shù)囊种拼胧?，產(chǎn)生高di/dt的ESD 等快速瞬變會(huì)導(dǎo)致電磁干擾 (EMI)。圖 2-2所示為主要輻射源出現(xiàn)在ESD源和TVS之間。

即使沒有圖2-1中的電感 L1，ESD期間快速變化的電場也會(huì)影響附近的電路。任何L1都會(huì)使EMI進(jìn)一步放大 。PCB設(shè)計(jì)人員應(yīng)避免在該區(qū)域使用未受保護(hù)的PCB跡線進(jìn)行任何設(shè)計(jì)實(shí)踐。在ESD事件中，與未受保護(hù)的 線路耦合的潛在EMI會(huì)通過直接接觸IC或?qū)MI進(jìn)一步帶入系統(tǒng)而導(dǎo)致系統(tǒng)損壞。請使用以下4個(gè)技巧來限制EMI：

1. 不要在ESD源和TVS之間的區(qū)域中布放未受保護(hù)的電路 ；

2. 在設(shè)計(jì)規(guī)則允許的情況下，將TVS放置在盡可能靠近ESD源或連接器的位置；

3. 如果可能，在ESD源和TVS之間使用直線跡線；

4. 如果必須形成拐角，應(yīng)首選曲線，可接受的最大角度為45°。

2.3 使用過孔進(jìn)行布線 強(qiáng)烈建議在PCB上從 ESD 源布線到TVS，而不要通過過孔切換各層。圖2-3展示了通過過孔進(jìn)行布線的三種情況。

如果ESD源和受保護(hù)IC之間需要過孔，則第1種情況是首選方法，應(yīng)避免第2種情況，如果沒有替代方法時(shí)， 可接受第3種情況。在第1種情況中，IESD會(huì)被強(qiáng)制進(jìn)入TVS保護(hù)引腳，然后經(jīng)由過孔到達(dá)受保護(hù)的IC。該過孔與圖2-1中的L4相關(guān)。在第2種情況中，IESD在受保護(hù) IC和過孔之間產(chǎn)生分支并到達(dá)TVS保護(hù)引腳。該過孔與圖2-1中的L2相關(guān)。應(yīng)避免這種做法，因?yàn)槭鼙Ｗo(hù)的IC會(huì)在 ESD 事件發(fā)生期間承受電流的沖擊。在第3種情況中，IESD會(huì)被強(qiáng)制進(jìn)入TVS的保護(hù)引腳，然后傳遞到受保護(hù)的IC。使用過孔布線時(shí)，請注意以下2個(gè)技巧：

1. 避免ESD源和TVS之間的過孔 ；

2. 如果在ESD源和受保護(hù)IC之間需要過孔，請?jiān)谑褂眠^孔之前直接從 ESD源布線到TVS。

2優(yōu)化ESD接地方案

對于TVS，具有極低阻抗的接地路徑非常重要。僅當(dāng)TVS實(shí)現(xiàn)良好接地時(shí)，消除ESD源和TVS之間的所有寄生電感才會(huì)有效。圖2-4展示了連接到頂層接地平面的 TVS 的接地焊盤。

TVS接地引腳應(yīng)連接到同一層的接地平面，且該接地平面與直接相鄰層上的另一個(gè)接地平面耦合。這些接地平面應(yīng)與過孔縫合在一起，且有一個(gè)過孔緊鄰TVS的接地引腳。請使用以下技巧來優(yōu)化阻抗極低的接地方案：

1. 將TVS接地引腳直接連接到同一層的接地平面，確保該接地平面在附近有縫合到相鄰內(nèi)部接地平面的過孔；

2. 盡可能使用多個(gè)接地平面；

3. 使用已接地的底座螺釘連接PCB接地端，并將其放置在TVS和ESD源附近作為連接器接地屏蔽層；

4. 使用大直徑和大鉆孔的過孔，以降低阻抗。

晶揚(yáng)電子 | 電路與系統(tǒng)保護(hù)專家

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