靜電保護元件你真的“認識”麼?
發布時間:2014-10-27 責任編輯:sherryyu
【導讀】ESD保護器件市麵上有很多,選擇合適的ESD保護器件,最大的難點在於如何最容易地明確哪種器件可以提供最大的保護。不要覺得你知道他的名字就是認識它,本文將重點分析ESD靜電保護元件的優缺點。
目前市麵上已經存在多種ESD保護器件,但最常用的可分成三大類:聚合體、壓敏電阻/抑製器和二極管。選擇合適的ESD保護器件,最大的難點在於如何最容易地明確哪種器件可以提供最大的保護。係統供應商一般是通過數據手冊上的ESD額定值(或標稱值)來比較ESD保護器件的好壞。事實上,從這些額定值根本看不出器件保護係統的能力有多強,關鍵取決於其它二極管參數。
除了保護器件的ESD標稱值外,電壓值(箝位電壓)和ASIC端有多大電流(剩餘電流)也是關鍵因素。ESD保護器件功能是通過將大部分電流短路到地並將ASIC端的電壓“箝位”到低於脈衝電壓的值來實現的。
確定箝位電壓和剩餘電流不是一項很容易的任務。在大多數ESD保護數據手冊中引用的箝位電壓(如果手冊中包括這條信息)很hen容rong易yi讓rang人ren產chan生sheng誤wu解jie。而er數shu據ju手shou冊ce中zhong從cong來lai沒mei有you剩sheng餘yu電dian流liu這zhe一yi項xiang,因yin為wei它ta與yu係xi統tong版ban圖tu有you關guan,與yu器qi件jian本ben身shen無wu關guan。而er作zuo為wei替ti代dai參can數shu的de保bao護hu電dian路lu的de動dong態tai電dian阻zu(Rdyn)則ze有you助zhu於yu比bi較jiao器qi件jian,因yin為wei具ju有you較jiao低di電dian阻zu的de器qi件jian可ke以yi分fen流liu較jiao大da比bi例li的de電dian流liu。遺yi憾han的de是shi,這zhe個ge動dong態tai電dian阻zu值zhi在zai保bao護hu器qi件jian的de數shu據ju手shou冊ce中zhong通tong常chang也ye不bu見jian蹤zong影ying。
聚合體器件
雖然聚合體器件對高頻應用來說相當有吸引力,因為它們的亞皮法電容值隻有0.05~1.0pF,但(dan)這(zhe)麼(me)低(di)的(de)電(dian)容(rong)也(ye)會(hui)帶(dai)來(lai)一(yi)些(xie)略(lve)微(wei)的(de)副(fu)作(zuo)用(yong)。與(yu)二(er)極(ji)管(guan)不(bu)同(tong)的(de)是(shi),聚(ju)合(he)體(ti)器(qi)件(jian)要(yao)求(qiu)端(duan)電(dian)壓(ya)達(da)到(dao)觸(chu)發(fa)電(dian)壓(ya)時(shi)才(cai)擊(ji)穿(chuan),而(er)這(zhe)個(ge)觸(chu)發(fa)電(dian)壓(ya)要(yao)比(bi)箝(qian)位(wei)電(dian)壓(ya)高(gao)出(chu)許(xu)多(duo)。典(dian)型(xing)的(de)聚(ju)合(he)體(ti)ESD器件在500V之前是不會擊穿的。一旦擊穿後它就會迅速跳到最高達150V的(de)箝(qian)位(wei)電(dian)壓(ya),當(dang)電(dian)荷(he)釋(shi)放(fang)掉(diao)後(hou),聚(ju)合(he)體(ti)將(jiang)返(fan)回(hui)高(gao)阻(zu)狀(zhuang)態(tai)。不(bu)過(guo)這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)可(ke)能(neng)要(yao)花(hua)數(shu)小(xiao)時(shi)甚(shen)至(zhi)一(yi)天(tian)的(de)時(shi)間(jian),因(yin)此(ci)它(ta)們(men)對(dui)消(xiao)費(fei)類(lei)應(ying)用(yong)來(lai)說(shuo)沒(mei)有(you)吸(xi)引(yin)力(li)。這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)在(zai)製(zhi)造(zao)中(zhong)很(hen)難(nan)精(jing)確(que)表(biao)征(zheng),其(qi)數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)通(tong)常(chang)隻(zhi)包(bao)含(han)典(dian)型(xing)參(can)數(shu)值(zhi),而(er)不(bu)提(ti)供(gong)最(zui)小(xiao)和(he)最(zui)大(da)保(bao)證(zheng)值(zhi)。另(ling)外(wai),由(you)於(yu)它(ta)們(men)在(zai)物(wu)理(li)上(shang)是(shi)屬(shu)於(yu)柔(rou)性(xing)器(qi)件(jian),因(yin)此(ci)它(ta)們(men)的(de)性(xing)能(neng)會(hui)隨(sui)著(zhe)遭(zao)受(shou)ESD脈衝數量的增加而下降。
壓敏電阻和抑製器
壓敏電阻和抑製器是非線性的可變電阻。雖然它們相對來說不貴,但抑製器通常具有高觸發電壓、高箝位電壓和高阻抗特性,從而使得大多數能量會到達受保護的器件,而不是分流到地。典型的低電容抑製器的箝位電壓範圍在150~500V.低電容抑製器的典型動態電阻是20~40Ω。由於其高阻抗特性,幾乎所有 ESD衝擊電流都會傳遞到“受保護”器件而不是分流到地。
半導體二極管
另外一種ESD保護方法是采用半導體二極管。ESD保護二極管被表征為低箝位電壓、低阻抗、快速導通時間和更好的可靠性。通常半導體二極管可以提供最好的ESD保護,而且現在的二極管已經可以做到1pF的等效電容,因此已經成為可靠的ESD保護和良好的信號完整性的最佳選擇。
ESD靜電保護元件分析
任(ren)何(he)保(bao)護(hu)元(yuan)件(jian)在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)期(qi)間(jian)必(bi)須(xu)作(zuo)為(wei)高(gao)阻(zu)抗(kang)電(dian)路(lu)出(chu)現(xian)在(zai)受(shou)保(bao)護(hu)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)。它(ta)所(suo)施(shi)加(jia)的(de)電(dian)容(rong)負(fu)載(zai)必(bi)須(xu)盡(jin)可(ke)能(neng)的(de)小(xiao),使(shi)得(de)對(dui)正(zheng)常(chang)的(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)幾(ji)乎(hu)沒(mei)有(you)影(ying)響(xiang)。然(ran)而(er), 在過壓的瞬間,同一器件必須成為能量的主要通路,把能量從被保護器件的輸入端轉移出去。此外,保護器件的安全(standing-off)電(dian)壓(ya)必(bi)須(xu)高(gao)於(yu)受(shou)保(bao)護(hu)端(duan)所(suo)允(yun)許(xu)的(de)最(zui)大(da)信(xin)號(hao)電(dian)壓(ya)。同(tong)樣(yang),其(qi)箝(qian)位(wei)電(dian)壓(ya)必(bi)須(xu)低(di)到(dao)足(zu)以(yi)防(fang)止(zhi)所(suo)保(bao)護(hu)的(de)器(qi)件(jian)遭(zao)受(shou)損(sun)壞(huai),這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)在(zai)瞬(shun)態(tai)發(fa)生(sheng)期(qi)間(jian),輸(shu)入(ru)端(duan)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)將(jiang)是(shi)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)的(de)箝(qian)位(wei)電(dian)壓(ya)。
我們常常會看到介紹ESD靜電保護器、ESD靜電阻抗器、ESD靜電釋放器、貼片壓敏電阻等產品,但其實保護器件最關鍵的參考係數應該是下麵三項:
1. 快速響應時間
2. 低箝位電壓
3. 高電流浪湧承受能力
無論產品被介紹得多麼優異,在選擇ESD靜電保護元件時,仍應該細致地做好實際的對比,以及運用IEC61000-4-2測試來做驗證。目前行業慣例是根據8us上升時間和20us持續時間的脈衝公布箝位電壓的,而真正的ESD脈衝應該是1ns上升時間和60ns的持續時間。
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