tag 标签: ESD

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    2019-8-8 16:22
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    ESD 二极管 作为一种保护器件 ,在我们电子产品电路设计中经常会用到,特别是随着生活水平的提高,对产品的要求也越来越高,很多原来没有 EMC 要求的产品,现在都要求过 EMC 标准,而且慢慢形成了一种趋势;当然,产品的 EMC 等级越高,意味着产品的质量,稳定定,可靠性也越好,那么我们产品的档次也就越高。 随着 EMC 要求越来越严格,那么怎么去设计 ESD 二极 管 了,很多设计师之前接触很少,有的甚至没有接触过,对 EMC 没有概念,元器件更不知道怎么摆放,设计在哪个位置更好,那下面我就举例跟大家做个案例分享,以 USB3.0 为例: 以上元件布局 ESD 二极管 要放在靠近端口的地方,越近越好,并且电源线 VBUS 用普通容值的 ESD 对地并联,后面可以串上磁珠;其余高速信号线为了保准信号的完整性用低容值的 ESD, 也是对地并联,同时信号线后端可以串上共模电感;一个简单的接口电路,是对 EMC 的很好的诠释,希望对广大产品设计爱好者带来帮助。
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    2018-11-26 16:33
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    在选用 TVS 时,应考虑以下几个主要因素: (1) 若 TVS 有可能承受来自两个方向的尖峰脉冲电压 ( 浪涌电压 ) 冲击时,应当选用双极性的,否则可选用单极性。 (2) 所选用 TVS 的 Vc 值应低于被保护元件的最高电压。 Vc 是二极管在截止状态的电压,也就是在 ESD 冲击状态时通过 TVS 的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则器件面临被损坏的危险。 (3)TVS 在正常工作状态下不要处于击穿状态,最好处于 VR 以下,应综合考虑 VR 和 VC 两方面的要求来选择适当的 TVS 。 稳压管 (4) 如果知道比较准确的浪涌电流 IPP ,则可利用 VCIpp 来确定功率 ; 如果无法确定 IPP 的大致范围,则选用功率大些的 TVS 为好。 PM 是 TVS 能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大箝位电压下,功耗 PM 越大,其浪涌电流的承受能力越大 ; 在给定的功耗 PM 下,箝位电压 VC 越低,其浪涌电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。 (5)TVS 所能承受的瞬态脉冲是不重复的,器件规定的脉冲重复频率 ( 持续时间与间歇时间之比 ) 为 0.01% 。如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,不然有可能损坏 TVS 。 (6) 对于小电流负载的保护,可有意识地在线路中增加限流电阻,只要限流电阻的阻值适当,一般不会影响线路的正常工作,但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。但这样可能选用峰值功率较小的 TVS 管来对小电流负载线路进行保护。 (7) 电容量 C 是由 TVS 雪崩结截面决定的,这是在特定的 1 MHz 频率下测得的。 C 的大小与 TVS 的电流承受能力成正比, C 太大将使信号衰减。因此, C 是数据接口电路选用 TVS 的重要参数。对于数据 / 信号频率越高的回路,二极管的电容对电路的干扰越大,形成噪声或衰减信号强度也大,因此,需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小 ( 如 LCTVS 、低电容 TVS ,电容不大于 3 pF) ,而对电容要求不高的回路,电容的容量选择可高于 40pF 。 (8) 为了满足 IEC61000-4-2 国际标准, TVS 二极管必须达到可以处理最小 8 KV(MB ,接触 ) 和 15 kV(BM, 空气 ) 的 ESD 冲击,有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。而对于某些有特殊要求的便携设备应用,设计者可以按需要挑选器件。
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    2018-7-25 16:21
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    上一篇说了设计问题,今天来说说遇到的 ESD 问题,因为简单而且定型,在不涉及到机密问题时简单记录一下遇到的情况。其实还有一款产品遇到的问题更复杂,适合写,但是暂时不能去写。 这个产品的结构是简单的三段式结构,如前文所述,是一个手电筒。全金属外壳,第一段是金属后盖,是个旋钮;中间是金属壳;尾端是透镜部分,也是金属壳,夹了一个 LED 灯板。 由于是全金属结构,所以没有很认真去考量 EMC 和 ESD 的问题,实施结果证明,差之毫厘谬之千里,微小的细节会带来意想不到的结果。 全金属结构,所以没有将外壳接地,类似于法拉第笼,下面详细跟大家说一下差的那一点毫厘。 EMC 是很容易的,因为没有什么复杂的电路,这在流水账 1 中描述了,所以测试一次通过,剩下就是去做 ESD 测试,预先我在 USB 充电口、电池、 LED 等位置都设置了预留的 TVS 的位置。不过可惜的是就只有对外的 USB 口位置起到了作用。因为 USB 口充电时候和外界连接,所以这个位置是绝对少不掉的。 在打 ESD 前夕,突然意识到,由于后盖的金属旋钮是使用金属螺钉和电位器中间的固定柱连接在一起,而这个铜做的固定柱又是和电位器的中间脚结构上锁在一起的,所以这个地方也必须要要做 ESD 防护。 结果正如预料的那样,中间脚加了 TVS 的就过了,没加的就没过。 第二次改版以后,功率增加了,做了样品又去做 ESD 测试,结果神奇的发现过不了了,同样的外壳结构,同样的板子结构,怎么都过不了,什么地方出了问题?反复测试没能想到问题。偶然间测试人员说拆下来整改一下试试,才猛然想到 LED 背板也变了。以前低功率的时候用的是 FR4 板材,高功率以后改成了铝基板,正是这个改动,当打静电的时候,会通过外壳对铝基板放电而导致静电进入板子内部。 增加 LED 后端的 TVS 竟然也没起作用,说明放电路径并不一定走的是我预留的线路,索性把铝基板所贴位置的外壳阳极氧化出来的绝缘层刮掉,然后和 LED 的负极短路,这样整个外壳就变成了地平面, ESD 顺利通过。 结论: 1、 差之毫厘谬之千里, FR-4 改成铝基板这个改善散热的小动作后果却直接影响了防静电能力。 2、 任何与金属外壳会连接的金属部分都要好好考量考量,尤其是不是地信号的。 3、 全金属的外壳≠法拉第笼,如果能做到每个金属件之间良好电气连接,肯定会有很好的 ESD 效果。但实际上我们这个产品是做了阳极氧化染色的,而阳极氧化就是生成绝缘的金属氧化物,结果三段金属互不相通,所以虽然是几微米的氧化层,就导致不是完整的法拉第笼,就没有很好的屏蔽效果,也是差之毫厘谬之千里。又恰巧铝基板是在两端壳体之间的,就导致会优先通过铝基板放电,进而打到了内部电路。 新品设计流水账篇一:电量去那儿 新品设计流水账篇二:ESD 新品设计流水账篇三:接地位置对辐射的影响 新品设计流水账篇四:铜箔降噪实验
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    2018-5-24 14:25
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    除了防雷器件陶瓷气体放电管外,瞬态抑制二极管在 电 路 防护方案中是另一个应用最多的 电 子 保护器件,因为产品特性的原因,在很多手持产品中都会应用到TVS二极管来进行静电防护。究竟TVS二极管是如何进行ESD保护的呢? 静电放电(ESD)是指两个具有不同静电电位的物体,由于直接接触或静电感应而引起的两物体间静电电荷的转移。当静电能量达到一定程度后,击穿其间介质而进行放电的现象。因此,ESD保护无处不在,而ESD过压保护则成为各种电子设备设计的基本要求。 最新的无线手持产品大多数都配备了高速数据接口、高分辨率LCD屏幕和相机模块,甚至有些 手 机 还具备接收电视节目的功能。虽然增加了很多新的功能,但手机尺寸仍在持续变薄变小。众多功能汇聚在一个狭小空间内,同时主要集成电路很多采用较先进工艺制造,导致手机产品设计中的ESD问题变得更加严重。它可能会造成手机工作异常、死机,甚至会损伤手机。而这些问题必须在手机设计的最初阶段解决。 外部ESD保护电路包括压敏电阻、聚合物电阻、TVS二极管、肖特基二极管、等。 其中TVS管以其卓越的钳位功能、极低的击穿电压,极小的 封 装 ,电气特性在生命周期内比较稳定而得到越来越广泛的应用。它最显着的特点一是反应迅速,使瞬时脉冲在没有对线路或器件造成损伤之前就被有效地遏制,二是截止电压比较低,更适用于电池供电的低电压回路环境。另外对TVS二极管设计的改进使其具有更低的漏电流和结电容,因而在处理高速率传导回路的静电冲击时有更理想的性能表现。
  • 2018-5-4 11:39
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    随着电子技术以及集成电路的发展,电子设备日趋小型化、多功能智能化。然而高集成度的电路元件都可能因静电电场和静电放电(ESD)引起失效,导致电子设备锁死、复位、数据丢失而影响设备正常工作,使设备可靠性,造成损坏。因此,研究电子设备所造成的ESD危害及原理,避免ESD的发生具有重要意义。 ESD即“静电放电”一般源于两种接触传输。 1.两个靠近的物体之间产生的静电场。 2.两个物体出于不同电位时,它们之间的直接接触传输。 静电的主要来源大多数是绝缘体和典型的合成材料,例如:乙烯树脂、塑料工作平台、成型的木制椅子、透明粘胶带、绝缘鞋、气泡袋和不直接接地的焊锡烙铁。这些来源产生的电位极高,因为它们的电荷不太容易分布在物体表面或者传输给别的物体。当两个物体相互摩擦产生静电被称为摩擦电效应。一些常见行为会产生较大的ESD电压。 对于工程师来说,ESD损坏最常见的表现是IC发生故障。然而,暴露在ESD之下也可能导致泄露增加,或者使其他参数下降。如果某个器件在评估器件似乎达不到数据手册上的规格指标,则应考虑ESD损坏的可能性。ESD损坏IC是由于产生的高压和高峰值电流造成的。精密模拟电路往往具有极低的偏置电流,不普通数字电路更容易遭到损坏,因为用于ESD保护的传输入保护结构会增加输入泄露,因此不能使用。 所有ESD敏感器件均采用保护性封装。IC通常装在导电泡沫中或者防静电包装套管中,而后将容器密封在一个静电耗散塑料袋中。密封后的塑胶袋用一个明显的标签标号,标签上标明正确地操作程序。外部封装说明旨在告知用户,必须遵循ESD保护所需要的操作程序。另外,ESD敏感型IC的数据手册都有一条醒目的声明。 一旦识别出ESD敏感型器件,保护起来就相对容易些,很明显,首先应尽量把IC保存在原来的保护性封装中,下一步是给存在破坏可能性的ESD源放电,以防患于未然。这种电压放电可以通过抗快速而安全地实施。 另外,ESD损坏可能具有累加效应,因此,如果器件反复操作不当,结果可能导致故障,在实验插座上插入和移除IC时,评估期间存储器件时以及在实验板上添加或移除外部元件时,军需遵循适当的ESD保护措施。同样,如果器件在原型系统开发期间发生故障,其原因可能是不断反复的ESD应力。 对于ESD,需要记住一个关键词:预防。ESD损坏一旦发生则无法挽回,也无法补偿。最后,从断路和在线两个角度总结ESD预防的要点:1)注意数据手册上所有的绝对最大值的电压范围;2)尽量使用具备ESD特殊数字接口的器件;3)对于通用过呀保护应用,增加串联限流电阻,在系统适当位置增加TransZorb保护电路。 了解更多电子元件技术文章可到“秦晋电子” FUSE-TECH.COM
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