应该如何考虑ESD保护方式
Ofweek 2023-05-26

  “双二极管”是IC片上与片外最常见的ESD保护方法之一。该方法易于实现,占用面积最小,寄生电容小,漏电流也低,优点很多。

  但是,对于物联网应用,“双二极管”方法却有弊端。特别是接到VDD的“上二极管”,会影响到物联网产品电路的功能。“双二极管”ESD保护方法的局限主要有三点。

  传感器接口的电压不同于IC供电电压

  有些物联网系统中传感器或致动器(actuator)接口的信号处理电路比较特殊,这些接口电路的电压有可能会超过IC供电电压。当信号电压高于VDD加二极管导通电压时,二极管会正向导通(从接口pad向VDD方向导通),从而产生从传感器到VDD的通路,引入电源噪声。


  开漏电路(open drain)连接IC之间的通信

  很多物联网应用中,都有多颗IC共享一个通信通道的案例。I2C就是这样一种常见的传感器通信接口。由飞利浦发明的I2C是一种多主、多从的单端串行总线。由于I2C通信只需要两根线,所以成本很低。I2C通信适应性非常广,连到I2C总线上的IC供电电压不同(例如3.3V、5V或1.8V)或者部分IC不供电,都不会影响I2C通信。


  但是如果在I2C的两根信号SDA与SCL上加入连接到VDD的二极管做ESD保护,就需要使连接到I2C的所有IC都供电,并且供电电压也要相同,否则相互之间就不能通信。

  SoC子系统需要进入休眠状态

  通常情况,为了减少总漏电流,物联网系统只有一小部分始终处于工作状态,其他电路大部分时间是关闭的,整个系统只在新数据出现时才会工作一小段时间。


  但传统的“双二极管”式ESD保护方法可能会让漏电流加大。因为加在IO上的电压可能会唤醒部分应该休眠的功能模块。SoC内部的ESD保护电路一样会遇到类似的问题,芯片内部不同区域之间通信时,工程师会习惯性地加上双二极管来保护内部电路。如果没有ESD保护,芯片内部的敏感电路被打坏的可能性大幅增加,但是如果SoC中的子系统需要休眠,那么IC设计工程师需要考虑其他的ESD保护方法。

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