電（diàn）磁兼容ESD問題的解決小措施分享
更新時間：2025-02-21 點（diǎn）擊次數：730
微電子（zǐ）電路（lù）麵臨的風險比（bǐ）以往任何時候都大，罪魁禍首是靜電（diàn）放電(ESD)。靜（jìng）電放電（diàn）是隱秘的殺手，特別容易攻擊敏感的IC。單次靜電放電事件就可以將PCB摧毀。抗靜（jìng）電放電（diàn）設計（jì）隻要（yào）錯失一步就（jiù）可（kě）能意味著延誤（wù）上市時間、影（yǐng）響開發進度，以及激（jī）怒客（kè）戶。在某些高壓力情況下，甚至意味著你的（de）飯碗（wǎn）不保。在尺寸不斷縮小的微電（diàn）子時代，如果ESD瞬變未加抑製地在PCB走線上出現之前你不去主動地阻（zǔ）止它（tā）們，那麽ESD事件很可能毀了你的產品。在寫這篇文章時，我（wǒ）剛好想起幾個月前發生的一件相當有趣的事。一位快（kuài）要發瘋了的客戶聯係我們尋求緊急幫助，希望能夠保護他的係統免遭“憤怒（nù）的"ESD瞬變傷害。這個可憐的家夥遭受了一係列抗（kàng）ESD故障的打（dǎ）擊，並使（shǐ）得他的產品規劃（huá）全泡了湯（tāng）。他肯定錯漏了一些步驟。首（shǒu）先（xiān），他（tā）沒有在任何I/O接口處實現保護鉗位電路，也沒有為TVS鉗位（wèi）器件放置PCB焊盤作為他需要保護的“安全閥"措施。使挑戰（zhàn）更加複雜的是，這（zhè）種特殊產品上的I/O端口被（bèi）連接到了一些高速和非常敏感的通信IC。並沒有（yǒu）發生多少ESD就使得這些電路板發（fā）生了通信故障。圖1顯示了在數據線上使用鉗位二極管的（de）例子。圖1：TVS二極（jí）管可以在數據線（xiàn）上提供ESD保護（hù）。這（zhè）個例子展示了帶ESD保護功能的USB 2.0數據線。當第一塊板沒有通過ESD一致性（xìng）測試時，還會推出版本1和版本2。這次不再是“瞎猜了"。客戶顯（xiǎn）然找到了一個ESD額定電壓為±15kV的瞬態電壓（yā）抑（yì）製(TVS)鉗位管。他在電路板（bǎn）的一些I/O端口上布（bù）放了一些TVS，然後相當高興地認為這個器件可（kě）以保證他的係（xì）統可以抗±15kV的ESD衝擊。雖然這步走的方向是正（zhèng）確的，但他仍然從根本上誤解了ESD威脅。第二版（bǎn）電路仍然沒（méi）有通過（guò）±15kV電壓的測試，雖然這時他（tā）發現用TVS帶來了一定程度的改進。圖2展示了（le）TVS二極管如何“鉗（qián）位"來自ESD脈衝的電壓（yā）。圖2：鉗位（wèi）二極管可以減小來自ESL脈衝的電壓，因而能有（yǒu）效防止你的電路受到損壞。Transient Environment: 瞬態環境Transient voltage: 瞬態電壓（yā）Transient current: 瞬態電流Clamped voltage: 鉗位電壓TVS Diode: TVS二極管Data Line Transceiver IC: 數據（jù）線收發器IC由於遭受了兩次電擊，這（zhè）位工程師帶著驚恐的心情求助於我們。隨著我們對（duì）問題的深（shēn）入分析，我真切感（gǎn）受到這（zhè）位工程師的焦慮和恐懼。事實上，我有深切的（de）感（gǎn）受，在這位工程師的PCB走線上亂串的ESD瞬態信號不僅會（huì）危害到電路板（bǎn）上的通信（xìn）器件，而且毫不誇張地說可能威脅到他的工作。他早（zǎo）就需要一個解決方案了。由於時間不等（děng）人，而且這個已經推遲的（de）設計另（lìng）一端還（hái）有（yǒu）一位就要失去耐心的客（kè）戶，我們接管了這個問題。他把電路板（bǎn）送到了我們的Semtech實驗（yàn）室，明確希望我們保護（hù）這個產品免受ESD的（de）傷害，繼而也保護他的信譽和（hé）工作。然而，我們（men）首（shǒu）先需（xū）要（yào）澄清的誤解是，TVS鉗位器件數據手冊上的±15kV額定值與他在PCB上想要達到的係統級保護閾值基本上沒有關係。那（nà）個（gè）額定值涉及的是TVS器件本身的故障閾值，但並（bìng）不等同於係（xì）統（tǒng）要保證的抗幹（gàn）擾度。正如事實擺明的那樣，他的係統電路太敏感（gǎn）了（le），在滿足針對TVS器件的電（diàn）容約束和尺寸要求條件（jiàn）下，很難（nán）達到±15kV的係（xì）統級（jí）抗幹擾性能。此外我要解釋的（de）是，並不是所有TVS器（qì）件生來（lái）都是一樣的。不同製造商生產的兩種TVS鉗位（wèi）器件的鉗位性能可能有很大的差別。如果產品開發周期非常吃（chī）緊的話，選擇便（biàn）宜、山（shān）寨的TVS器件不是一個好的策略。因此，我們用一些更新（xīn）的（de）高性能低側鉗位器件對他的電（diàn）路板（bǎn）進行了改造——這些器件（jiàn）可以抑製很高（gāo）的峰值電流。這樣，這塊（kuài）電路板（bǎn）的（de）抗幹（gàn）擾性能有了顯著的改進，如下圖所示。圖3：增加瞬態電壓抑製可以顯著降低鉗位電壓，保（bǎo）護敏感的（de）IC。Voltage: 電（diàn）壓TVS Clamping Response ( 8kV Contact Discharge): TVS鉗位響應( 8kV接（jiē）觸放電)8kV Contact voltage waveform: 8kV接觸電壓波形No external TVS protection implemented: 沒有使用（yòng）外部TVS保（bǎo）護Clamped ESD voltage( 8kV contact) with Semtech RClamp0531TQ TVS: 使用Semtech RClamp0531TQ TVS的鉗位ESD電壓( 8kV接觸電壓)Time: 時間他的係統現在可以輕鬆通過（guò）±8kV測試了(大多數情況下±8kV足夠了)。電路板仍然沒（méi）能通過±15kV接觸放（fàng）電測（cè）試(擴展（zhǎn）目標)，但比以前（qián）的結果要好多了。在此基（jī）礎上，為了進一步（bù）提高（gāo）係統的健壯性，我們在線路上增加了一（yī）個小的串聯電阻，它（tā）足以壓製殘餘的瞬態電流，但還不足以影響信號性能。雖然增加電阻並不是最理（lǐ）（）想的（de）方案，但它確實提高了抗ESD性能，在這樣一個設計後期階段（duàn），它提供了實（shí）現起來相對容易（yì）的（de）修複手段。最終結果表明一切（qiē）安好：穩健的產品，愉悅的最終（zhōng）用（yòng）戶，高興的老板，以及更加深入（rù）理解ESD保護知識的工程師。正（zhèng）如他們說的那樣（yàng），“增加（jiā）電阻起到了四兩撥千斤的效果。"我猜想在他的下一個設計中，我們的朋友會更加主（zhǔ）動地去避免（miǎn）最後時刻才會發現的任何ESD失誤。（文章來自CNTRONIS）
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