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ESD保护绝缘测试元件的对比分析及大电流性能鉴
浏览: 发布日期:2017-09-07


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在人们的日常工作生活中,静电放电(ESD)现象可谓无处不在,瞬间产生的上升时间低于纳秒(ns)、持续时间可达数百纳秒且高达数十安培的电流,会对手机、笔记本电脑等电子系统造成损伤。

对于电子系统设计人员而言,如果没有采取适当的ESD保护措施,所设计的电子产品就会有遭到损伤的可能。因此,电子系统设计中的一项重要课题便是确保使其能够承受ESD的冲击,并继续正常工作。

ESD保护方法

为了给电子系统提供ESD保护,可以从不同的角度来着手。一种方法是在半导体芯片内建ESD保护架构。不过,日趋缩小的CMOS芯片已经越来越不足以承受进行内部2 kV等级的ESD保护所需要的面积。安森美半导体标准产品部亚太区市场营销副总裁麦满权指出:真正有效的ESD保护是不能完全集成到CMOS芯片之中的!

其次,也可以在物理电路设计方面下功夫,较敏感的电路元件应该尽量远离通孔或接缝处,如果可能的话,线缆连接器的接地应该要在系统信号引脚接触前先连接到系统的接地,通过这样的方式,线缆上所发生的放电事件就比较不会造成干扰或破坏。

此外,软件也能够为ESD设计作出贡献。系统连接的感测器比较容易受到ESD的冲击,造成接口电路的锁住情况,而能够感测锁住情况的软件则可以用来重置接口电路且无须操作人员的接入。

不过,总是有部分电路点较为敏感,同时也很难与外部隔离。因此,最有效的方法是使用保护元件来将电流导离较敏感的元件。也就是在电子系统的连接器或端口处放置ESD保护元件,使得电流流经保护元件,且不流经敏感元件,以维持敏感元件的低电压,使其免受ESD应力影响,进入有效控制ESD事件的发生,如图1所示。当然,合格的ESD元件必须具有低泄漏和低电容,且在多重应力作用下功能不下降,从而不降低电路的功能。

             图1:典型的ESD保护元件应用电路图

常见ESD保护元件分类

安森美半导体来自美国的ESD保护专家Robert Ashton博士说,一般而言,ESD保护元件的分类可以通过其保护策略与方向性来进行,主要包括压敏电阻、聚合物和瞬态电压抑 制器(TVS)等,如表1所示。在这几种保护元件中,压敏电阻在低电压时,呈现出高电阻,其中的每个小型二极管两端的电压都相当低,同时电流也相当小;而在较高电压时,其中的独立二极管开始导通,同时压敏电阻的电阻会下降。从表1中我们也可以看出压敏电阻为双向保护元件。而对于带导FR-4加工工厂电粒子的聚合物而言,在正常电压下,这些材料拥有相当高的电阻,但当发生ESD冲击时,导电粒子间的小间隙会成为突波音隙阵列,从而带来低电阻路径。


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