微電子電路麵臨的風險比以往任何時候都大，罪魁禍首是靜電放電(ESD)。靜電放電是隱秘的殺手
，特別容易攻擊敏感的IC。單次靜電放電事件就可以將PCB摧毀。抗靜電放電設計隻要錯失一步就可能意味著延誤上市時間
、影響開發進度，以及激怒客戶。在某些高壓力情況下
，甚至意味著你的飯碗不保。

 

在尺寸不斷縮小的微電子時代，如果ESD瞬變未加抑製地在PCB走線上出現之前你不去主動地阻止它們，那麼ESD事件很可能毀了你的產品。

 

zaixiezhepianwenzhangshi
，woganghaoxiangqijigeyueqianfashengdeyijianxiangdangyouqudeshi。yiweikuaiyaofafengledekehulianxiwomenxunqiujinjibangzhu，xiwangnenggoubaohutadexitongmianzao“憤怒的”ESD瞬變傷害。這個可憐的家夥遭受了一係列抗ESD故障的打擊，並使得他的產品規劃全泡了湯。他肯定錯漏了一些步驟。

 

首先
，他沒有在任何I/O接口處實現保護鉗位電路
，也沒有為TVS鉗位器件放置PCB焊盤作為他需要保護的“安全閥”措施。使挑戰更加複雜的是，這種特殊產品上的I/O端口被連接到了一些高速和非常敏感的通信IC。並沒有發生多少ESD就使得這些電路板發生了通信故障。圖1顯示了在數據線上使用鉗位二極管的例子。

 

圖1：TVS二極管可以在數據線上提供ESD保護。這個例子展示了帶ESD保護功能的USB 2.0數據線。

 

當第一塊板沒有通過ESD一致性測試時，還會推出版本1和版本2。這次不再是“瞎猜了”。客戶顯然找到了一個ESD額定電壓為±15kV的瞬態電壓抑製(TVS)鉗位管。他在電路板的一些I/O端口上布放了一些TVS，然後相當高興地認為這個器件可以保證他的係統可以抗±15kV的ESD衝擊。雖然這步走的方向是正確的
，但他仍然從根本上誤解了ESD威脅。第二版電路仍然沒有通過±15kV電壓的測試
，雖然這時他發現用TVS帶來了一定程度的改進。圖2展示了TVS二極管如何“鉗位”來自ESD脈衝的電壓。

 

圖2：鉗位二極管可以減小來自ESL脈衝的電壓，因而能有效防止你的電路受到損壞。Transient Environment: 瞬態環境Transient voltage: 瞬態電壓Transient current: 瞬態電流Clamped voltage: 鉗位電壓TVS Diode: TVS二極管Data Line Transceiver IC: 數據線收發器IC

 

youyuzaoshouleliangcidianji，zheweigongchengshidaizhejingkongdexinqingqiuzhuyuwomen。suizhewomenduiwentideshenrufenxi，wozhenqieganshoudaozheweigongchengshidejiaolvhekongju。shishishang
，woyoushenqiedeganshou，zaizheweigongchengshidePCB走線上亂串的ESD瞬(shun)態(tai)信(xin)號(hao)不(bu)僅(jin)會(hui)危(wei)害(hai)到(dao)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)通(tong)信(xin)器(qi)件(jian)，而(er)且(qie)毫(hao)不(bu)誇(kua)張(zhang)地(di)說(shuo)可(ke)能(neng)威(wei)脅(xie)到(dao)他(ta)的(de)工(gong)作(zuo)。他(ta)早(zao)就(jiu)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)了(le)。由(you)於(yu)時(shi)間(jian)不(bu)等(deng)人(ren)，而(er)且(qie)這(zhe)個(ge)已(yi)經(jing)推(tui)遲(chi)的(de)設(she)計(ji)另(ling)一(yi)端(duan)還(hai)有(you)一(yi)位(wei)就(jiu)要(yao)失(shi)去(qu)耐(nai)心(xin)的(de)客(ke)戶(hu)

，我(wo)們(men)接(jie)管(guan)了(le)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)。他(ta)把(ba)電(dian)路(lu)板(ban)送(song)到(dao)了(le)我(wo)們(men)的(de)Semtech實驗室
，明確希望我們保護這個產品免受ESD的傷害
，繼而也保護他的信譽和工作。

 

然而，我們首先需要澄清的誤解是，TVS鉗位器件數據手冊上的±15kV額定值與他在PCB上想要達到的係統級保護閾值基本上沒有關係。那個額定值涉及的是TVS器件本身的故障閾值，但並不等同於係統要保證的抗幹擾度。正如事實擺明的那樣，他的係統電路太敏感了，在滿足針對TVS器件的電容約束和尺寸要求條件下，很難達到±15kV的係統級抗幹擾性能。

 

此外我要解釋的是，並不是所有TVS器件生來都是一樣的。不同製造商生產的兩種TVS鉗位器件的鉗位性能可能有很大的差別。如果產品開發周期非常吃緊的話
，選擇便宜
、山寨的TVS器件不是一個好的策略。因此
，我們用一些更新的高性能低側鉗位器件對他的電路板進行了改造——這些器件可以抑製很高的峰值電流。這樣，這塊電路板的抗幹擾性能有了顯著的改進，如下圖所示。

 

圖3：增加瞬態電壓抑製可以顯著降低鉗位電壓
，保護敏感的IC。Voltage: 電壓

 

TVS Clamping Response ( 8kV Contact Discharge): TVS鉗位響應( 8kV接觸放電)8kV Contact voltage waveform: 8kV接觸電壓波形No external TVS protection implemented: 沒有使用外部TVS保護Clamped ESD voltage( 8kV contact) with Semtech RClamp0531TQ TVS: 使用Semtech RClamp0531TQ TVS的鉗位ESD電壓( 8kV接觸電壓)Time: 時間

 

他的係統現在可以輕鬆通過±8kV測試了(大多數情況下±8kV足夠了)。電路板仍然沒能通過±15kV接觸放電測試(擴展目標)，danbiyiqiandejieguoyaohaoduole。zaicijichushang，weilejinyibutigaoxitongdejianzhuangxing，womenzaixianlushangzengjialeyigexiaodechuanliandianzu，tazuyiyazhicanyudeshuntaidianliu，danhaibuzuyiyingxiangxinhaoxingneng。

 

雖然增加電阻並不是最理想的方案，但它確實提高了抗ESD性能
，在這樣一個設計後期階段
，它提供了實現起來相對容易的修複手段。最終結果表明一切安好：穩健的產品，愉悅的最終用戶
，高興的老板，以及更加深入理解ESD保護知識的工程師。正如他們說的那樣，“增加電阻起到了四兩撥千斤的效果。”我猜想在他的下一個設計中
，我們的朋友會更加主動地去避免最後時刻才會發現的任何ESD失誤。