Изследвайте работния принцип, еквивалентната схема, ключовите параметри и совети за избор на диоди за защита от ЕСД. Разработени за защита на интерfeйси USB, HDMI и вход за мощност, способни да подавят ±8kV ЕСД вълнове според IEC 61000-4-2, за да се гарантира системната надеждност.
Електростатичното разрядване (ESD) е феномен, при който се освобождава електрическа заряд за кратко време поради потенциална разлика между заредени обекти. Той може да причини необратими повреди на прецизните електронни устройства. Като електронните устройства продължават да се развиваят към по-висока скорост и миниатюризация, изискванията за защита от ЕСД стават все по-строги. Диодите за защита от ЕСД, като ефективни и надеждни защитни компоненти, се използват широко на критични точки като сигнален интерфейс и вход за мощност.
1. Основен работен принцип на диодите за защита от ЕСД
Диодите за защита от ЕСД обикновено се съставят от обратно полярен PN връз. Неговият основен механизъм използва разбивните характеристики на диода, за да провежда бързо прекомерния ток до земята, когато се прилага висока напрежение, като ЕСД разряд. Това предпазва по-нископоточните компоненти от повреда.
Нормална работа: Когато напрежението на сигналената линия (V В ) е в диапазона от 0 до Максималното Обратно Работно Напрежение (V RWM ), диодът остава изключен и се държи като ъглова ъмност (CT).
Превишителна проводимост: Когато напрежението надхвърля Разбивното Напрежение (V Z когато диодът влезе в режим на обратен пробив, той провежда ток и ограничава напрежението на определен ниво (V C ) за да защити товара.
В състоянието на проводимост, ESD защитния диод може да бъде моделiran като последователна връзка между източник на ограничаващо напрежение и динамично съпротивление (R DYN ). Неговата способност за ограничаване е тясно свързана с неговата вътрешна структура.
(Илюстрация: Пример за връзка на диод за защита от ЕСД)
(Илюстрация: Еквивалентна схема на диод за защита от ЕСД)
2. Анализ на ключовите електрически параметри
V RWM (Максимално обръщено работно напрежение): Най-високото обръщено напрежение, при което устроят може да функционира без проводник.
V Z (Напрежение на пробив): Минималното напрежение, при което устроят започва да провежда в обратна посока, определяйки неговия граничен порог.
V C (Напрежение на фиксация): Напрежението през устройството по време на проводимост при определен ток, което директно отразява силата на защитата.
R DYN (Динамично съпротивление): Вътрешното съпротивление по време на проводимост, което влияе върху падането на напрежението. П referredат се по-ниски стойности.
CT (Капацитет на съединението): Паразитният капацитет, който се проявява в изключено състояние и който влияе върху целостта на високоскоростните сигнали и трябва да се минимизира.
3. Еквивалентни циркуитни модели при работа
ESD диодите имат два типични състояния на функциониране:
През нормални условия устройството се държи като малък кондензатор, основно влияйки върху високочестотната производителност.
Когато се появява импулс от ЕСD, диодът бързо преминава в режим на проводник, образувайки путь за ограничаване, съставен от еквивалентна серийна резистентност и волтова източника.
На практика, ЕСD напрежението има много къс стръмбен фронт (<1 нс). В този момент паразитната индуктивност и капацитетността на трасетата на PCB могат също да повлият върху ефективността на защитата. Затова оптимизацията на разположението е необходима.
4. Анализ на отговора при ЕСD импулс
Предполагайки, че се прилага ЕСD събитие от 8кВ към интерфейс. Според IEC 61000-4-2, импулсният ток може да достигне до 30А. Ако диодът има динамично съпротивление от 0.5Ω, преходното намаляване на волтаʒa ще е 15В, което се добавя към ограничаващото напрежение. Затова изборът на устройства с ниско RDYN и ниско VC е важно за намаляване на общото ограничаващо напрежение и минимизиране на електрическото напрежение върху защитеното устройство (DUP).
5. Разположение и препоръки за избор при приложението
При проектиране на защита от ЕСД, освен параметрите на самия устройство, разположението на ПЛС играе ключова роля. Трябва да се следват следните принципи:
Поставете устройства за защита от ЕСД колкото е възможно по-близо до външните конектори, за да се намали паразитната индуктивност и капацитетност в трасетата.
Свържете земните пинове директно към голяма земна плоскост, за да се избегнат индуктивни пети.
За високочестотни интерфейси като USB 3.0 или HDMI, се препоръчват модели с нисък капацитет (например, CT ≤ 0.5пФ).
За многоканална защита разгледайте използването на TVS масиви или интегрирани модули за защита.
(Илюстрация: Прост конфигурация на схема по време на ESD вълна)
6. Общ преглед на стандарти за тестване на ESD
Общи стандартни тестове за имунитет срещу ESD включват:
IEC 61000-4-2: Стандарт за системно ниво на тестване на имунитет срещу ESD, симулиращ моделът за разряд от човешко тяло; типични нива за тестване включват ±4kV и ±8kV.
JEDEC JESD22-A114: Стандарт за тестване по модела на човешкото тяло (HBM) на ниво чип.
MIL-STD-883: Военен стандарт за оценка на съпротива срещу ЕСД на компонентите.
ANSI/ESD S20.20: Стандарт за създаване на системи за контрол на ЕСД, покриващи производствени процеси и контрол на околната среда.
7. Заключение
Диодите за защита от ЕСД играят незаменима роля в проектирането на съвременни електронни продукти, бързо реагайки на събитията с ЕСД и ограничавайки променливите напрежения. При избора на устройства за защита от ЕСД трябва да се имат предвид скоростта на реакция, ограничителното напрежение, динамичното съпротивление и ъгломерната ємкост. Правилното разположение и проектиране на ПЛИ съгласно конкретните системни интерфейси са също ключови фактори за постигане на оптимална защитна производителност.
EN
