【導(dǎo)讀】保護(hù)電路是為了防止電路中的關(guān)鍵敏感型器件受到過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等沖擊的損害。而保護(hù)電路的優(yōu)劣關(guān)系到電子產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命。擁有強(qiáng)固的靜電放電保護(hù)和減少不必要的電磁干擾、射頻干擾也是電子產(chǎn)品小型化、高性能化的必要前提。
隨著設(shè)備的越來(lái)越小和融入性能的不斷增加，ESD以及許多情況下的EMI/RFI抑制已無(wú)法涵蓋在驅(qū)動(dòng)所需接口的新一代IC當(dāng)中。 另外，先進(jìn)的系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)設(shè)計(jì)都是采用幾何尺寸很小的工藝制造的。為了優(yōu)化功能和芯片尺寸，IC設(shè)計(jì)人員一直在不斷減少其設(shè)計(jì)的功能的最小尺寸。IC尺寸的縮小導(dǎo)致器件更容易受到ESD電壓的損害。過(guò)去，設(shè)計(jì)人員只要選擇符合IEC61000-4-2規(guī)范的一個(gè)保護(hù)產(chǎn)品就足夠了。因此，大多數(shù)保護(hù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表只包括符合評(píng)級(jí)要求。由于集成電路變得越來(lái)越敏感，較新的設(shè)計(jì)都有保護(hù)元件來(lái)滿足標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)，但ESD沖擊仍會(huì)形成過(guò)高的電壓，有可能損壞IC。因此，設(shè)計(jì)人員必須選擇一個(gè)或幾個(gè)保護(hù)產(chǎn)品，不僅要符合ESD脈沖要求，而且也可以將ESD沖擊鉗位到足夠低的電壓，以確保IC得到保護(hù)。
圖1：美國(guó)靜電放電協(xié)會(huì)(ESDA)的ESD保護(hù)要求
一、先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大ESD保護(hù)
安森美半導(dǎo)體的ESD鉗位性能備受業(yè)界推崇，鉗位性能可從幾種方法觀察和量化。使用幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工具即可測(cè)量獨(dú)立ESD保護(hù)器件或集成器件的ESD鉗位能力，包括ESD保護(hù)功能。第一個(gè)工具是ESD IEC61000-4-2 ESD脈沖響應(yīng)截圖，顯示的是隨時(shí)間推移的鉗位電壓響應(yīng)，可以看出ESD事件中下游器件的情形。
圖2：ESD鉗鉗位截圖
除了ESD鉗位屏幕截圖，另一種方法是測(cè)量傳輸線路脈沖(TLP)來(lái)評(píng)估ESD鉗位性能。由于ESD事件是一個(gè)很短的瞬態(tài)脈沖，TLP可以測(cè)量電流與電壓(I-V)數(shù)據(jù)，其中每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都是從短方脈沖獲得的。TLP I-V曲線和參數(shù)可以用來(lái)比較不同TVS器件的屬性，也可用于預(yù)測(cè)電路的ESD鉗位性能。
圖3：典型TLP I-V曲線圖
安森美半導(dǎo)體提供的高速接口ESD保護(hù)保護(hù)器件陣容有兩種類型。第一類最容易實(shí)現(xiàn)，被稱為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)保護(hù)。在這種類型設(shè)計(jì)中，信號(hào)線在器件下運(yùn)行。這些器件通常是電容最低的產(chǎn)品。
二、采用PicoGuard XS技術(shù)的產(chǎn)品。
這種類型設(shè)計(jì)使用阻抗匹配(Impedance Matched)電路，可保證100 Ω的阻抗，相當(dāng)于電容為零。這類設(shè)計(jì)無(wú)需并聯(lián)電感，有助于最大限度地減少封裝引起的ESD電壓尖峰。
圖4：傳統(tǒng)方法與PicoGuard XS設(shè)計(jì)方法的對(duì)比
三、總結(jié)
安森美半導(dǎo)體的保護(hù)和濾波解決方案均基于傳統(tǒng)硅芯片工藝技術(shù)。相比之下，其它類型的低成本無(wú)源解決方案使用的是陶瓷、鐵氧體和多層壓敏電阻(MLV)組合的材料。這類器件通常ESD鉗位性能較差。在某些情況下，傳遞給下游器件的能量可能比安森美半導(dǎo)體解決方案低一個(gè)量級(jí)。一些采用舊有技術(shù)的產(chǎn)品甚至可能在小量ESD沖擊后出現(xiàn)劣化并變得更糟。由于其材料性質(zhì)，一些無(wú)源器件往往表現(xiàn)出溫度的不一致性，從而降低了終端系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)消費(fèi)溫度和環(huán)境溫度范圍內(nèi)運(yùn)行的可靠性。
