原创 IC小型化趋势下需靠恰当的ESD设计来保证系统可靠性

IC小型化趋势下需靠恰当的ESD设计来保证系统可靠性

    随着下一代无线收发器和数字通信芯片的几何尺寸日益缩小，IC制造商越来越难以维持合理的片上ESD保护等级。

    而片上ESD保护力度的减少反过来又意味着系统设计师必须更加清醒地认识到，只有选择正确的保护元件并遵循基本设计规则才能在其设计中建立起应有的ESD保护，从而最大程度地提高成品率。

    据ESD协会估计，未来的集成电路可能将无法承受目前片上ESD保护的电压水平(2kV)。事实上已有人提议将片上ESD的目标承受水平降低一半以上。如果降低了片上保护的标准，那么从系统级来说，芯片就会对电缆放电(CDE)和人体静电放电(ESD)等瞬态现象更加敏感。于是，随着当前和今后集成电路ESD敏感性的增加，就更有必要采用更加强健的片外瞬态电压抑制措施来保护系统。

    保护电子设备不被损坏，这项使命从来都不简单。由于钳位电压低而且响应时间短，瞬态电压抑制(TVS)二极管长期以来一直被用于保护系统免受ESD损坏。当然，市场上还有其他类型的ESD抑制器件，但这种器件若选择不慎，可能会让设计人员对自己的产品产生错误的安全感。采用的ESD器件满足IEC 61000-4-2标准并不能保证系统一定可以通过ESD测试。评价一个TVS器件在系统中表现如何的最佳方法是看其钳位电压。所谓钳位电压，就是当出现ESD现象时器件两端维持的电压。因此，这也是当时被保护IC所承受的电压。钳位电压过高会导致被保护器件承受的电压过高，从而增大故障概率。而TVS二极管则以其优秀的低钳位电压特性成为敏感电子产品保护领域的主要技术。如果使用得当，它可以将被保护器件两端的电压限制在稍高于该器件的工作电压、并远低于器件损坏电压的水平。

    保护元件的钳位性能通常用一幅绘有元件钳位电压与ESD电压关系的图来表示。但不同制造商生产的TVS器件在钳位响应上可能差异巨大，因此器件的选择就变得更加复杂。介于此，设计师在选择器件时应坚持要求厂商提供数据手册，手册中除说明器件符合IEC 61000-4-2标准外还应提供更多其他信息。一款品质优良的ESD保护器件，其数据手册中应包含该器件的钳位性能图，否则设计人员就不应考虑采用。

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