Дослідіть принцип роботи, еквівалентну цircuit, ключові параметри та поради щодо вибору діодів захисту від ЕСD. Спеціально створені для захисту інтерфейсів USB, HDMI та вхідного живлення, здатні підтискати ±8kV випалювань ЕСD за IEC 61000-4-2 для забезпечення надійності системи.
Електростатичний розряд (ESD) - це явище, при якому електричний заряд вивільняється за короткий період часу через потенційну різницю між зарядженими об'єктами. Це може завдати незворотного пошкодження точних електронних пристроїв. Оскільки електронні пристрої продовжують розвиватися до більш високої швидкості та мініатюризації, вимоги до захисту від ЕСД стають більш суворими. ЕСД-захисні диоди, як ефективні та надійні захисні компоненти, широко використовуються в критичних точках, таких як інтерфейси сигналу та вхідні потужності.
1. Основний принцип роботи диодів захисту від ЕСД
ЕСД-захисні диоди зазвичай складаються з PN-з'єднання з зворотним прихильним напрямком. Їх основний механізм використовує характеристики розриву диоду для швидкого провідення і відводу надтоку на землю, коли зовні застосовується високе напругу, наприклад, надрив ESD. Це запобігає пошкодженню компонентів нижче по лінії постачання.
Звичайна робота: Коли напруга на лінії сигналу (V В ) знаходиться в діапазоні від 0 до Максимальної Оберненої Робочої Напруги (V RWM ), діод залишається вимкненим і поводиться як ємність переходу (CT).
Перевищення напруги: Коли напруга перевищує Граничну Напругу (V Z коли діод уходить у режим зворотнього пробиття, він проводить струм і обмежує напругу певним рівнем (V C ) для захисту навантаження.
У стані провідності діод захисту від ЕСD можна моделювати як паралельне з'єднання обмежувальної електромотивної сили та динамічного опору (R DYN ). Його здатність до обмеження напруги тісно пов'язана з його внутрішньою структурою.
(Ілюстрація: Приклад підключення діоду захисту від ЕСD)
(Ілюстрація: Еквівалентна схема діоду захисту від ЕСD)
2. Аналіз ключових електричних параметрів
В RWM (Максимальне зворотнє робоче напруга): Найвища зворотня напруга, при якій пристрій може функціонувати без провідження.
В Z (Напруга пробиття): Мінімальна напруга, при якій пристрій починає проводити у зворотньому напрямку, визначаючи його поріг відгуку.
В C (Напруга утримання): Напруга через пристрій під час проводження при вказаному струмі, яка безпосередньо відображає ефективність захисту.
R DYN (Динамічний опір): Внутрішній опір під час проводження, що впливає на спад напруги. Вибираються нижчі значення.
CT (Ємність переходу): Побічна ємність, що проявляється у вимкненому стані, яка впливає на цілісність високоскоростних сигналів і має бути мінімалізована.
3. Еквівалентні моделі кола під час роботи
Діоди ESD мають два типових станів роботи:
Під час нормальних умов пристрій поводиться як маленький конденсатор, головним чином впливаючи на високочастотну характеристику.
Коли відбувається імпульс ЕЗП, діод швидко переходить до режиму провідності, утворюючи шлях обмеження, що складається з еквівалентного серійного опору та джерела напруги.
На практиці напруга ЕЗП має дуже крутий фронт підвищення (<1 нс). У цей час паразитна індуктивність та ємність монтажних трас PCB також можуть впливати на ефективність захисту. Отже, необхідна оптимізація розміщення.
4. Аналіз відповіді на імпульс ЕЗП
Припустимо, що подія ЕЗП 8 кВ застосовується до інтерфейсу. За IEC 61000-4-2 сила струму імпульсу може досягати до 30 А. Якщо діод має динамічний опір 0,5 Ом, тоді перехідне спадення напруги становитиме 15 В, що додається до напруги обмеження. Тому вибір пристроїв з низьким RDYN та низьким VC важливий для зменшення загальної напруги обмеження та мінімізації електричного стресу на захищенному пристрої (DUP).
5. Розміщення та рекомендації щодо вибору у схемах
У проектуванні захисту від ЕСД, окрім параметрів пристрою саме, розташування елементів на ПЛІ грає ключову роль. Потрібно дотримуватися таких принципів:
Розміщуйте пристрої захисту від ЕСД якомога ближче до зовнішніх роз'ємів, щоб зменшити паразитну індуктивність та ємність у трасах.
Підключайте грунтові пini напряму до великої грунтової площини, щоб уникнути індуктивних петель.
Для високочастотних інтерфейсів, таких як USB 3.0 або HDMI, рекомендується використовувати моделі з низькою ємністю (наприклад, CT ≤ 0.5пФ).
Для багатоканальної захистної системи розгляньте використання масивів TVS або інтегрованих модулів захисту.
(Ілюстрація: Проста схемна конфігурація під час ЕСD-помічі)
6. Огляд стандартів тестування ЕСD
Розповсюджені стандарти тести на захист від ЕСD включають:
IEC 61000-4-2: Стандарт тестування захисту від ЕСD на рівні системи, що симулює модель випуску електрики людського тіла; типові рівні тестування включають ±4кВ та ±8кВ.
JEDEC JESD22-A114: Стандарт тестування за моделлю електростатичної сплива людського тіла (HBM) на рівні чипа.
MIL-STD-883: Військовий стандарт для оцінки сопротивлення компонентів ЕСП.
ANSI/ESD S20.20: Стандарт для створення систем контролю ЕСП, який охоплює виробничі процеси та керування середовищем.
7. Висновок
Діоди захисту від ЕСП відіграють незамінювану роль у сучасному проектуванні електронних продуктів, швидко реагуючи на події ЕСП та обмежуючи перехідні напруги. При виборі пристроїв захисту від ЕСП необхідно враховувати швидкість реакції, обмежувальну напругу, динамічний опір та ємність переходу. Правильна інтеграція та макетування ПЛІС залежно від конкретних системних інтерфейсів також є ключевими для досягнення оптимальної продуктивності захисту.
EN
