打印

电路设计中几种ESD防护方法

[复制链接]
392|0
手机看帖
扫描二维码
随时随地手机跟帖
跳转到指定楼层
楼主
JKSEMI|  楼主 | 2020-9-18 17:23 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
01、并联放电器件

常用的放电器件有TVS,齐纳二极管,压敏电阻,气体放电管等。

(1)齐纳二极管( Zener Diodes ,也称稳压二极管 ) :利用齐纳二极管的反向击穿特性可以保护 ESD敏感器件。但是齐纳二极管通常有几十pF 的电容,这对于高速信号(例如 500MHz)而言,会引起信号畸变。齐纳二极管对电源上的浪涌也有很好的吸收作用。

(2)瞬变电压消除器 TVS(Transient Voltage Suppressor):TVS 是一种固态二极管,专门用于防止 ESD 瞬态电压破坏敏感的半导体器件。与传统的齐纳二极管相比, TVS二极管P/N 结面积更大,这一结构上的改进使 TVS 具有更强的高压承受能力,同时也降低了电压截止率,因而对于保护手持设备低工作电压回路的安全具有更好效果。

TVS二极管的瞬态功率和瞬态电流性能与结的面积成正比。该二极管的结具有较大的截面积,可以处理闪电和 ESD所引起的高瞬态电流。TVS也会有结电容,通常0.3个pF到几十个pF。TVS有单极性的和双极性的,使用时要注意。手机上用的TVS大约0.01$,低容值的约2-3分$。

(3)多层金属氧化物结构器件 (MLV):一般称为压敏电阻。MLV也可以进行有效的瞬时高压冲击抑制,此类器件具有非线性电压 - 电流 ( 阻抗表现 ) 关系,截止电压可达最初中止电压的 2 ~ 3倍。这种特性适合用于对电压不太敏感的线路和器件的静电或浪涌保护,如电源回路,按键输入端等。

02、串联阻抗

一般可以通过串联电阻或者磁珠来限制ESD放电电流,达到防静电的目的。如手机的高输入阻抗的端口可以串1K欧电阻来防护,如ADC,输入的GPIO,按键等。不要担心0402的电阻会被打坏,实践证明是打不坏的。这里不详细分析。用电阻做ESD防护几乎不增加成本。如果用磁珠,磁珠的价格大 约0.002$,和压敏电阻差不多。

03、增加滤波网络

前面提到了静电的能量频谱,如果用滤波器滤掉主要的能量也能达到静电防护的目的。

对于低频信号,如GPIO输入,ADC,音频输入可以用1k+1000PF的电容来做静电防护,成本可以忽略,性能不比压敏电阻差,如果用1K+50PF的压敏电阻(下面讲的复合防护措施),效果更好,经验证明这样防护效果有时超过TVS。

对于射频天线的微波信号,如果用TVS管,压敏等容性器件来做静电防护,射频信号会被衰减,因此要求TVS的电容很低,这样增加ESD措施的成本。对于微波信号可以对地并联一个几十nH的电感来为静电提供一个放电通道,对微波信号几乎没有影响,对于900MHZ和1800MHz的手机经常用22nH的电感。这样能把静电主要能量频谱上的能量吸收掉很多。

04、复合防护

有一种器件叫EMI filter,他有很好的ESD防护效果,也有基于TVS管的和基于压敏电阻的,前者效果好,但很贵,后者廉价。

实际应用中可以用下面的一个电阻+一个压敏电阻的方式。他既有低通滤波器的功能,又有压敏电阻的功能,还有电阻串联限流的功能。是性价比最好的防护方式,对于高阻信号可以采用1K电阻+50PF压敏;对于耳机等音频输出信号可以采用100欧电阻+压敏电阻;对于TP信号串联电阻不能太大否则影响TP的线性,可以采用10欧电阻。虽然电阻小了,低通滤波器效果已经没有了,但限流作用还是很重要的。

05、增加吸收回路

可以在敏感信号附件增加地的漏铜,来吸收静电。道理和避雷针原理一样。



使用特权

评论回复

相关帖子

发新帖 我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

个人签名:金开盛电子(www.jksemi.com),专业研发生产自恢复保险丝,瞬态抑制二极管,陶瓷气体放电管,半导体放电管,

368

主题

368

帖子

2

粉丝