ESD حفاظت ڈائیڈ کا کام کرنے کا اصول

الکترواستیٹک ڈسچارج (ESD) ایک پifenomenon ہے جس میں بجلی کی شارج کم وقت میں رہنے والی چارج کے باعث اطلاق ہوتا ہے۔ یہ گھریلو الیکٹرانکس ڈویسز کو غیر وارثہ کسی نقصان پہنچا سکتا ہے۔ جب تک الیکٹرونکس ڈویسز کو بڑھتی گاتھ اور مینیچرائزیشن کی طرف منتقل کیا جاتا ہے، ESD حفاظت کے لئے ضروریات زیادہ سخت بن چکی ہیں۔ ESD حفاظت ڈائیڈ کارآمد اور مناسب حفاظتی اجزا کے طور پر استعمال کیے جاتے ہیں۔

1. ESD حفاظت ڈائیڈ کا بنیادی کام کرنے کا اصول

ESD پروٹیکشن ڈائیوڈز معمولی طور پر ایک معکوس بایس شدہ PN جنکشن سے بنے ہوتے ہیں۔ ان کی اصل مکینزم ڈائیوڈ کے بریکڈاؤن خصوصیات کا استعمال کرتی ہے تاکہ زیادہ وولٹیج، جیسے ESD سرگرمی کے تحت، بھاری کرنت کو زمین تک تیزی سے منتقل کر دیا جاسکے۔ یہ نیچے کی کمپوننٹس کو دامن کرنے سے روکتا ہے۔

معمولی عمل: جب سگنل لائن وولٹیج (V _میں ) 0 سے لے کر ماکسimum Reverse Working Voltage (V _RWM ) کے درمیان ہوتا ہے، تو ڈائیوڈ بند رہتا ہے اور جنکشن کیپیٹنس (CT) کی طرح کام کرتا ہے۔

اولویٹیج کانڈکشن: جب ولٹیج بریکڈاؤن ولٹیج (V _ز ) سے زیادہ ہو جائے، تو دیود ریورس بریکڈاؤن میڈ میں داخل ہوتا ہے، جریان کانڈکٹ کرتا ہے اور ولٹیج کو ایک مخصوص سطح (V _C ) تک بنداز کرتا ہے تاکہ لوڈ کو حفاظت دی جاسکے۔

کانڈکشن حالت میں، ESD حفاظتی دیود کو ایک بنداز ولٹیج سرچین اور ایک ڈاینامک ریزسٹنس (R _{DYN) کے سلسلہ جوڑے کے طور پر ماڈل کیا جا سکتا ہے۔} ). اس کی چپکانے کارکردگی اس کی اندری ساخت سے زیادہ تعلق رکھتی ہے۔

(تصویر: ESD پروٹیکشن دایوڈ کنکشن کا مثال)

(تصویر: ESD پروٹیکشن دایوڈ کا مساوی حلقہ)

2. کلیدی برقی پارامیٹرز کا تحلیل

V _RWM (میکسیمم ریورس ورکنگ ولٹج): وولٹج جس پر دستیاب ساز و سامان کام کرسکتا ہے اور جس سے بہترین طور پر کانڈکٹ نہیں ہوتا۔

V _ز (بریکڈاؤن ولٹیج): وہ کم سے کم ولٹیج جس پر ڈویسیس واپسی میں کارکردگی شروع کرتا ہے، جو اس کے ردعمل کی حد تय کرتا ہے۔

V _C (کلیمپنگ ولٹیج): ڈویسیس کارکردگی کے دوران ایک خاص جریان پر والٹیج، جو حفاظت کی قوت کو مستقیم طور پر انعکاس دیتا ہے۔

ر _{DYN) کے سلسلہ جوڑے کے طور پر ماڈل کیا جا سکتا ہے۔} (ڈائیمک رزسٹنس): کارکردگی کے دوران اندری رزسٹنس، جو ولٹیج ڈروپ کو متاثر کرتا ہے۔ نیچے کی قیمتیں آمدہ ہیں۔

CT (جوینکشن کیپیسٹنس): افسوسی کیپیسٹنس جو بند حال میں ظاہر ہوتی ہے، جو عالی سرعت سignal Integrity کو متاثر کرتی ہے اور کم کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔

عمل میں 3. ایکویویلنت سرکٹ ماڈلز

ESD ڈائیوڈز کے عمل کے دو عام حالت ہوتی ہیں:

معمولی شرایط میں، ڈویس ایک چھوٹے سے کیپیسٹر کی طرح کام کرتا ہے، جو عمدہ فریقی عمل پر متاثر کرتا ہے۔

جب ESD سرگرمی ہوتی ہے تو ڈائیوڈ تیزی سے کانڈکشن میڈ کو تشکیل دیتا ہے، جس سے ایک کلیمپنگ راستہ بناتا ہے جو ایک ماہوولی سیریز ریزسٹنس اور وولٹیج سورس پر مشتمل ہوتا ہے۔

عمل میں، ESD وولٹیج کا ایک بہت چھیٹلا اڑانہ (<1 ns) ہوتا ہے۔ اس وقت PCB ٹریس کی پیراسٹک انڈکٹنس اور کیپیسٹنس بھی حفاظت کی کارکردگی پر اثر انداز ہوسکتی ہے۔ لہذا، لاوٹ آپٹیمائزیشن ضروری ہے۔

4. ESD سرگرمی کی ریپونس کا تجزیہ

مفتیض کریں کہ ایک 8kV ESD واقعہ ایک انٹر فیس پر لاگو کیا جاتا ہے۔ IEC 61000-4-2 کے مطابق، سرج کرنٹ 30A تک پہنچ سکتا ہے۔ اگر ڈائیڈ کی ڈاینامک رزسٹنس 0.5Ω ہو، تو متغیر ولٹیج ڈراپ 15V ہوگی، جو کلیمپنگ ولٹیج میں شامل ہوتی ہے۔ لہذا، کلیمپنگ ولٹیج کو کم کرنا اور حفاظتی دستیاب پر الیکٹریکل استرس کو حد تک کم کرنے کے لئے نیچے RDYN اور نیچے VC والے ڈویسیز کو منتخب کرنا مہتم کیا جانا چاہیے۔

5. ایپلیکیشن لیاؤٹ آؤٹ اور سیلیکشن تجویزیں

ESD حفاظت ڈیزائن میں، ڈویس کے خود کے پارامیٹرز کے علاوہ، PCB لیاؤٹ کا بھی اہم کردار ہے۔ مندرجہ ذیل اصولوں پر عمل کیا جانا چاہیے:

بارشیہ حفاظت ڈویسیز کو باریکی سے باہری کانیکٹروں کے قریب رکھیں تاکہ ٹریس میں ماڑیک انڈکٹنس اور کیپیسٹنس کم ہو۔

گراؤنڈ پن کو بڑے گراؤنڈ پلین سے مستقیم طور پر جوڑیں تاکہ انڈکٹوو لوپس کا صدور روکا جا سکے۔

جیسے یو ایس بی 3.0 یا ایچڈی ایم آئی جیesa فریkwانٹسی کی انٹرفايسز کے لئے، نیچے کیپیسٹینس مডلز (مثال کے طور پر، CT ≤ 0.5pF) تجویز کی جاتی ہیں۔

مسافاتی حفاظت کے لئے، TVS ارریز یا یونٹگریٹڈ پروٹیکشن ماڈیوز کا استعمال سوچیں۔

(تصویر: ESD Surge کے دوران سادہ سرکٹ کانفاریگریشن)

6. ESD ٹیسٹ معیار کا خلاصہ

عام ESD ایمیونٹی ٹیسٹ معیار شامل ہیں:

IEC 61000-4-2: سسٹم سطحی ESD ایمیونٹی ٹیسٹنگ استاندارڈ جو مینشین بডی ڈسچارج ماڈل کو شبہ واقع کرتا ہے؛ عام ٹیسٹ سطحیں شامل ہیں ±4kV اور ±8kV۔

JEDEC JESD22-A114: چپ لیول پر Human Body Model (HBM) ٹیسٹنگ استاندارڈ۔

MIL-STD-883: عناصر کی ESD مقاومت کو جائزہ لینے کے لئے فوجی استاندارڈ۔

ANSI/ESD S20.20: ESD کنٹرول سسٹمز قائم کرنے کے لئے استاندارڈ، جو تولید عملیات اور的情况ی کنٹرول کو کاور کرتا ہے۔

7. نتیجہ

ESD پروٹیکشن ڈائیڈز مدرن الیکٹرانک پrouڈکٹ ڈیزائن میں ایک غیر قابلِ جدّ وجہ کردار ادا کرتے ہیں جو ESD واقعات پر تیزی سے ردعمل دیتے ہیں اور متغیر ولٹیجز کو کلیمپ کرتے ہیں۔ ESD پروٹیکشن ڈوائیوں کے انتخاب کرتے وقت، ردعمل کی تیزی، کلیمپ ولٹیج، ڈاینامک ریزسٹنس اور جنکشن کیپیسٹنس پر غور کیا جانا چاہئے۔ خاص سسٹم انٹرفیسز پر مبنی مناسب پloyوٹ اور PCB لاے آؤٹ بھی اوپٹیمل پروٹیکشن کارکردگی حاصل کرنے کے لئے کلیدی ہیں۔