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                  靜電保護元件你真的“認識”么?

                  發布時間:2014-10-27 責任編輯:sherryyu

                  【導讀】ESD保護器件市面上有很多,選擇合適的ESD保護器件,最大的難點在于如何最容易地明確哪種器件可以提供最大的保護。不要覺得你知道他的名字就是認識它,本文將重點分析ESD靜電保護元件的優缺點。
                   
                  目前市面上已經存在多種ESD保護器件,但最常用的可分成三大類:聚合體、壓敏電阻/抑制器和二極管。選擇合適的ESD保護器件,最大的難點在于如何最容易地明確哪種器件可以提供最大的保護。系統供應商一般是通過數據手冊上的ESD額定值(或標稱值)來比較ESD保護器件的好壞。事實上,從這些額定值根本看不出器件保護系統的能力有多強,關鍵取決于其它二極管參數。
                    
                  除了保護器件的ESD標稱值外,電壓值(箝位電壓)和ASIC端有多大電流(剩余電流)也是關鍵因素。ESD保護器件功能是通過將大部分電流短路到地并將ASIC端的電壓“箝位”到低于脈沖電壓的值來實現的。
                    
                  確定箝位電壓和剩余電流不是一項很容易的任務。在大多數ESD保護數據手冊中引用的箝位電壓(如果手冊中包括這條信息)很容易讓人產生誤解。而數據手冊中從來沒有剩余電流這一項,因為它與系統版圖有關,與器件本身無關。而作為替代參數的保護電路的動態電阻(Rdyn)則有助于比較器件,因為具有較低電阻的器件可以分流較大比例的電流。遺憾的是,這個動態電阻值在保護器件的數據手冊中通常也不見蹤影。
                    
                  聚合體器件
                    
                  雖然聚合體器件對高頻應用來說相當有吸引力,因為它們的亞皮法電容值只有0.05~1.0pF,但這么低的電容也會帶來一些略微的副作用。與二極管不同的是,聚合體器件要求端電壓達到觸發電壓時才擊穿,而這個觸發電壓要比箝位電壓高出許多。典型的聚合體ESD器件在500V之前是不會擊穿的。一旦擊穿后它就會迅速跳到最高達150V的箝位電壓,當電荷釋放掉后,聚合體將返回高阻狀態。不過這一過程可能要花數小時甚至一天的時間,因此它們對消費類應用來說沒有吸引力。這些器件在制造中很難精確表征,其數據手冊通常只包含典型參數值,而不提供最小和最大保證值。另外,由于它們在物理上是屬于柔性器件,因此它們的性能會隨著遭受ESD脈沖數量的增加而下降。
                    
                  壓敏電阻和抑制器
                    
                  壓敏電阻和抑制器是非線性的可變電阻。雖然它們相對來說不貴,但抑制器通常具有高觸發電壓、高箝位電壓和高阻抗特性,從而使得大多數能量會到達受保護的器件,而不是分流到地。典型的低電容抑制器的箝位電壓范圍在150~500V.低電容抑制器的典型動態電阻是20~40Ω。由于其高阻抗特性,幾乎所有 ESD沖擊電流都會傳遞到“受保護”器件而不是分流到地。
                    
                  半導體二極管
                    
                  另外一種ESD保護方法是采用半導體二極管。ESD保護二極管被表征為低箝位電壓、低阻抗、快速導通時間和更好的可靠性。通常半導體二極管可以提供最好的ESD保護,而且現在的二極管已經可以做到1pF的等效電容,因此已經成為可靠的ESD保護和良好的信號完整性的最佳選擇。
                    
                  ESD靜電保護元件分析
                    
                  任何保護元件在正常工作期間必須作為高阻抗電路出現在受保護的輸入端。它所施加的電容負載必須盡可能的小,使得對正常的輸入信號幾乎沒有影響。然而, 在過壓的瞬間,同一器件必須成為能量的主要通路,把能量從被保護器件的輸入端轉移出去。此外,保護器件的安全(standing-off)電壓必須高于受保護端所允許的最大信號電壓。同樣,其箝位電壓必須低到足以防止所保護的器件遭受損壞,這是由于在瞬態發生期間,輸入端上的電壓將是保護器件的箝位電壓。
                    
                  我們常常會看到介紹ESD靜電保護器、ESD靜電阻抗器、ESD靜電釋放器、貼片壓敏電阻等產品,但其實保護器件最關鍵的參考系數應該是下面三項:
                    
                  1. 快速響應時間
                    
                  2. 低箝位電壓
                    
                  3. 高電流浪涌承受能力
                    
                  無論產品被介紹得多么優異,在選擇ESD靜電保護元件時,仍應該細致地做好實際的對比,以及運用IEC61000-4-2測試來做驗證。目前行業慣例是根據8us上升時間和20us持續時間的脈沖公布箝位電壓的,而真正的ESD脈沖應該是1ns上升時間和60ns的持續時間。
                   
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