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静电防护电路如何设计?

导读: 对于大部分工程师来说,ESD是一种挑战,不仅要保护昂贵的电子元件不被ESD损毁,还要保证万一出现ESD事件后系统仍能继续运行。这就需要对ESD冲击时发生了什么做深入的了解,才能设计出正确的ESD保护电路。

  对于大部分工程师来说,ESD是一种挑战,不仅要保护昂贵的电子元件不被ESD损毁,还要保证万一出现ESD事件后系统仍能继续运行。这就需要对ESD冲击时发生了什么做深入的了解,才能设计出正确的ESD保护电路。

  我们的手都曾有过静电放电(ESD)的体验,即使只是从地毯上走过然后触摸某些金属部件也会在瞬间释放积累起来的静电。我们许多人都曾抱怨在实验室中使用 导电毯、ESD静电腕带和其它要求来满足工业ESD标准。我们中也有不少人曾经因为粗心大意使用未受保护的电路而损毁昂贵的电子元件。

  对某些人来说ESD是一种挑战,因为需要在处理和组装未受保护的电子元件时不能造成任何损坏。这是一种电路设计挑战,因为需要保证系统承受住ESD的冲击,之后仍能正常工作,更好的情况是经过ESD事件后不发生用户可觉察的故障。

  与人们的常识相反,设计人员完全可以让系统在经过ESD事件后不发生故障并仍能继续运行。将这个目标谨记在心,下面让我们更好地理解ESD冲击时到底发生了什么,然后介绍如何设计正确的系统架构来应对ESD。

  简单的ESD模型

  将一个电容充电到高电压(一般是2kV至8kV),然后通过闭合开关将电荷释放进准备承受ESD冲击的“受损”器件(图1)。电荷的极性可以是正也可以是负,因此必须同时处理好正负ESD两种情况。

  图1:板级ESD通常涉及机器模型(MM)和人体模型(HBM)

  破坏受损电路的高瞬态电压一般具有几个纳秒的上升时间和大约100纳秒的放电时间。受损电路不同,对正负冲击的敏感性可能也有很大的不同,因此你需 要同时处理好正负冲击。人体模型(HMB)和机器模型(MM)这两种最常见模型之间的区别主要在于串联电阻。人体模型的导电性没有金属那么好。

  防止过压损坏的最佳保护措施是用非线性电路进行限压或钳位(图2)。最常用的是专门的二极管,当它们在前向偏置或处于齐纳击穿区时具有很低的阻抗。引入限压器可以快速引起某些别的事件,因为通过电容放电会有大的浪涌电流经过限压器。

  图2:基本的限压电路可以防止过压损坏。

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责任编辑:Alvin
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