電磁兼容ESD問（wèn）題的解決小措施（shī）分享
更（gèng）新時間：2025-02-21 點擊次數：455
微（wēi）電（diàn）子電路麵臨的風險比以往任何時候都大，罪魁禍首是靜電放電(ESD)。靜電放電是隱秘的殺手，特別容（róng）易攻擊敏感的IC。單次靜電放電事（shì）件就可以將PCB摧毀。抗靜電放（fàng）電設計隻要錯（cuò）失一步就可能意味著延誤上市時間（jiān）、影響開發進度，以及激怒（nù）客戶。在某些高壓力情況下，甚至意味著你的飯碗不保。在尺（chǐ）寸（cùn）不斷縮小的微電子時代，如果（guǒ）ESD瞬變未加抑製地在PCB走線上出現之前你不去主動地阻止它們，那麽（me）ESD事（shì）件很可能毀（huǐ）了你的產品。在寫（xiě）這篇（piān）文章時，我剛好想起幾（jǐ）個月（yuè）前發生的一件相當有趣的事。一位快要發瘋了的客戶聯係我們尋求緊急幫助，希望能夠保護（hù）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ESD故障的（de）打擊，並使（shǐ）得他的產品規劃全泡了湯。他（tā）肯定錯漏了一些步驟。首先，他沒（méi）有在任何I/O接口處實現保護鉗位電路，也沒有為TVS鉗位器件放置PCB焊盤作為他需要保護的“安全閥"措施（shī）。使挑戰更加複雜的是，這種特殊產品上（shàng）的I/O端口被連接到了一些高速和非常敏感的通信IC。並沒有發生多少ESD就（jiù）使得這（zhè）些電路板（bǎn）發生了通信故障。圖1顯示了在數據線上使用鉗位二極管的例子。圖（tú）1：TVS二極管可以在數據線上提供（gòng）ESD保護。這（zhè）個例子展示了（le）帶ESD保護功能的USB 2.0數據線。當第一塊板（bǎn）沒有通（tōng）過ESD一致性測試時，還會推出版本1和版本2。這次不再（zài）是“瞎猜了（le）"。客戶顯然找到了一個ESD額定電壓為±15kV的瞬態電壓抑製(TVS)鉗位管。他在電路板（bǎn）的一些I/O端口上布放了一些TVS，然後相當高興地認（rèn）為這個器件可以保證他的係統可以抗±15kV的ESD衝擊。雖然這步走的方向是正確的（de），但他仍然從（cóng）根本上（shàng）誤解了ESD威脅。第二版電路（lù）仍然沒有通（tōng）過±15kV電壓的測試，雖然這時他（tā）發現用（yòng）TVS帶來了一定程度（dù）的改進。圖2展示了TVS二極管如何“鉗（qián）位"來自ESD脈衝的電壓。圖2：鉗位二極管可以減小來自（zì）ESL脈衝的電壓，因而能有效防止你的電路受到損壞。Transient Environment: 瞬態環境Transient voltage: 瞬態電壓Transient current: 瞬態電流Clamped voltage: 鉗位電壓TVS Diode: TVS二極管Data Line Transceiver IC: 數據線收發器IC由於（yú）遭受了（le）兩次電擊，這位工程（chéng）師帶著驚恐的心情求助於我們。隨（suí）著我們對問（wèn）題的深入分析，我真切感（gǎn）受到這位工程師的焦慮和恐懼。事實（shí）上，我有深切的感受，在這位工程師的PCB走線（xiàn）上（shàng）亂串的ESD瞬態信號不僅會危害到電路板上的通信器件，而且（qiě）毫不誇張地說（shuō）可能威脅到（dào）他的工作。他早就需要一個解決方案了。由於時間不等人，而且這個已經推遲（chí）的設計另一端還有一位就要失去耐心的客戶，我們接管了這個問題。他把電路板送到了我們的Semtech實驗室（shì），明確希望我們保護這個產（chǎn）品（pǐn）免（miǎn）受ESD的傷害，繼而也保護（hù）他的信（xìn）譽和工作。然而，我們首先需要澄清的誤解是，TVS鉗位器件數據手冊上的±15kV額定值與他在PCB上想（xiǎng）要達到的係統級保護閾值基本上沒有（yǒu）關係。那個額定值涉及的是TVS器件本身的故（gù）障閾值，但並不等（děng）同於係統要保（bǎo）證（zhèng）的抗幹（gàn）擾度。正如事實擺明的那樣，他的係統電路太敏感了，在滿足針對TVS器件的電容約束和尺寸要求條件下，很難達到±15kV的係統級抗幹擾性能。此外我要解釋的是，並不是所有TVS器件生來都是一樣的。不同製造商生產（chǎn）的兩種TVS鉗位器件的鉗位性能可能有很大的差別（bié）。如果產品（pǐn）開發周（zhōu）期非常（cháng）吃緊的話，選擇（zé）便宜、山（shān）寨（zhài）的（de）TVS器件不是一個好的策略。因此，我們用一些更新（xīn）的高性能低側鉗位器件（jiàn）對他的電路板進行了改造——這（zhè）些器件可以抑製很高的峰值電流。這樣，這塊電路板的抗幹擾性能有了顯著的（de）改進，如下（xià）圖（tú）所示。圖3：增加瞬態電壓抑製可以顯著降低鉗位電壓，保護敏（mǐn）感的IC。Voltage: 電壓TVS Clamping Response ( 8kV Contact Discharge): TVS鉗位響應( 8kV接觸放電)8kV Contact voltage waveform: 8kV接觸電壓（yā）波形No external TVS protection implemented: 沒有使用外部TVS保護Clamped ESD voltage( 8kV contact) with Semtech RClamp0531TQ TVS: 使用（yòng）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±8kV測（cè）試了(大多數情（qíng）況（kuàng）下±8kV足夠了)。電路（lù）板仍然沒能通過±15kV接觸（chù）放電測試(擴展目（mù）標)，但比以（yǐ）前的結果要好多了。在此基礎上，為了進一步（bù）提高（gāo）係統的健壯（zhuàng）性，我們（men）在線路上增加了一個小的串聯電阻，它足以壓製殘餘的（de）瞬態（tài）電流，但還不足以影響信號性能。雖然增加電阻（zǔ）並不是最理（lǐ）（）想（xiǎng）的方案，但它確實提高了抗ESD性能，在這樣一個設計後期階段，它提供了實現起來相對容易的修（xiū）複手段。最終結果表明（míng）一切安好：穩健的產品，愉（yú）悅的最終（zhōng）用戶，高（gāo）興的老板，以（yǐ）及更加（jiā）深入理解ESD保護知識的工程（chéng）師。正如他們說的那樣（yàng），“增加電阻（zǔ）起到了四兩撥千斤的效果。"我猜想在他的下（xià）一個設計中，我（wǒ）們（men）的朋友會更加主（zhǔ）動地去避免最後時刻才會發現（xiàn）的任何ESD失誤。（文章來自CNTRONIS）
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