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items: 接口防护指南——静电

接口防护指南——静电
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date: 2023-09-25T23:19:00+08:00
description: AI摘要：本文介绍了静电放电（ESD）对电子设备的影响，包括HBM和CDM两种模型。CDM模型模拟带电器件对地放电，上升时间短，电流峰值大，维持时间短，保护电路难以及时响应。ESD测试主要采用HBM模型，分为接触放电和空气放电。测试方法遵循IEC61000-4-2和EN301489-1标准。静电辐射频率成分不同，需考虑干扰问题。ESD保护器件要求Vrwm、Vbr和Vcl满足特定关系，动态阻抗低，注意高速信号线选择低容器件。TVS管通过工艺优化降低动态阻抗，实现低容设计。文章还提供了一些常用的TVS管型号。Powered by AISummary.接口防护指南——静电静电与浪涌的区别前章1已探讨。静电ESD这里说的静电主要是2种模型：HBM和CDM。前者是人体模型，后者是充电器件放电模型。两者波形对比如下。CDM模型特点：上升时间极短：<400pS电流峰值极大：5~20A/500V维持时间极短：0.5~1.0nS一 般保护电路来不及动作HBM和MM模型是模拟人体(Human Body)或机器设备（Machine）带电后对元器件放电，而 CDM模型则是模拟元器件本身带电后对地放电。随着芯片制造、封测、装联的自动化程度提高，人体接触器件的机会相对减少，带电器件ESD放电事件越来越成为微电子器件失效的主要原因之一2。CDM模型就是基于已带电的器件通过引脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的。带电器件的电容值与器件的封装结构、引脚排列形式及器件放置时的方位等因数有关，一般仅为几到几十皮法（pF）。对于ESD测试而言，以人体模型（HBM）为主。人体放电模型有两种：接触放电与空气放电。测试方法IEC61000-4-2 中第7.2.2章节定义了测试环境的搭建。EN301489-1 第9.3 章节制定了 ESD 测试方法。测试标准如下。IEC61000-4-2 第5章节定义了测试水平，根据测试结果对应不同的的level。 这个是静电放电抗干扰度试验标准，对应国标GB/T 17626.2-2018。 其波形如下图所示。8kV的波形可以等效为TLP的2A波形。如下图所示。静电辐射3根据论文研究，接触放电的频率成分为0~250MHz，中心频率在40MHz。空气放电时的频率成分为0~130MHz，中心频率为28MHz。所以在打静电时也要考虑是否会有干扰，导致工作异常。ESD管的要求Vrwm需要保证不会影响到器件工作，故需要大于器件工作电压。Vbr为动作电压点，同Vrwm一样需要大于器件工作电压。通常Vrwm=（0.8~0.9）Vbr。Vcl为钳位电压，需要低于器件的最大工作电压。当ESD或者浪涌通过时，到器件端的电压最多会被钳位到Vcl，即Vclamp，一般为1.3Vbr。划重点：Vbr>Vrwm>Vin（1.1~1.2：1：1）Vinmax>Vcl>Vbr（n：1.3：1）P=Vclamp*(Vsurge-Vclamp)/2注意高速信号线上选择低容（低的结电容Cj）注意漏电流大小注意耦合辐射杂散和Dense注意接地需要是主地或者大平面地用户: 钳位电压和击穿电压的区别是什么Kimi: 钳位电压（Vc）和击穿电压（Vbr）是描述TVS管特性的两个重要参数，它们在功能和意义上有所不同：击穿电压（Vbr）：定义：击穿电压是指TVS管从高阻抗状态转变为低阻抗状态的电压阈值。功能：当TVS管两端的电压达到击穿电压时，器件会迅速导电，从而开始吸收并抑制超过该电压的瞬态电压。重要性：击穿电压是选择TVS管时的关键参数，因为它决定了TVS管开始工作的具体电压值。钳位电压（Vc）：定义：钳位电压是指TVS管导通后，通过其流动的电压，即在TVS管导通状态下，电路中的最大电压。功能：钳位电压反映了TVS管导通后对电压的抑制能力，其目的是将电路中的电压限制在一个安全的水平，防止过电压对电路造成损害。重要性：钳位电压是衡量TVS管性能的一个重要指标，理想情况下，钳位电压应尽可能接近击穿电压，以最小化瞬态事件对电路的影响。区别：击穿电压是TVS管开始工作的电压，而钳位电压是TVS管导通后电路中的最大电压。击穿电压是TVS管响应的触发点，钳位电压是TVS管响应后达到的电压水平。在选择TVS管时，需要确保钳位电压低于电路的最大允许工作电压，以确保电路安全。简而言之，击穿电压是TVS管激活的起点，而钳位电压是TVS管激活后限制电压的终点。两者共同决定了TVS管对电路的保护能力。其他动态阻抗是ESD保护器件一个非常重要的参数。动态阻抗越低，表明更多的ESD电流会流经保护器件，更少的电流会流经被保护设备。TVS由于更关注于器件的钳位电压，所以会在齐纳二极管的基础上做些工艺上的优化，以减少钳位电压。比如齐纳二极管可能使用的衬底片；而TVS为了降低衬底引入的电阻，会采用高掺杂的衬底片…