人體本身的動作或與其他物體的接觸,別離,摩擦或感應(yīng)等要素,能夠產(chǎn)生幾千伏以至上萬伏的靜電。靜電在多個范疇形成嚴(yán)重危害。
摩擦起電和人體靜電是電子工業(yè)中的兩大危害,常常形成電子電器產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定,以至損壞。
消費(fèi)過程中靜電防護(hù)的主要措施為靜電泄露、耗散、中和、增濕、屏蔽與接地。
人體靜電防護(hù)系統(tǒng)主要有防靜電伎倆帶、腳腕帶、腳跟帶、工作服、鞋襪、帽、手套或指套等組成,具有靜電泄放,中和與屏蔽等功用。
ESD 維護(hù)對高密度、小型化和具有復(fù)雜功用的電子設(shè)備而言具有重要意義。
ESD 靜電維護(hù)有兩種元件:
一種是硅基資料的,一種是高分子資料的。
硅基資料的原理和 TVS 管是差不多,先鉗位高電壓,然后放電泄地。
ESD 靜電二極管、ESD 靜電維護(hù)器、ESD 維護(hù)二極管等維護(hù)器件最關(guān)鍵的參考系數(shù)有以下三點(diǎn):
1)快速響應(yīng)時間
2)低箝位電壓
3)高電漂泊涌接受才能
ESD 二極管原理:
將 ESD 靜電維護(hù)二極管并聯(lián)于電路中,當(dāng)電路正常工作時,它處于截止?fàn)顟B(tài)(高阻態(tài)),不影響線路正常工作,當(dāng)電路呈現(xiàn)異常過壓并到達(dá)其擊穿電壓時,它疾速由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài),給霎時電流提供低阻抗導(dǎo)通途徑,同時把異常高壓箝制在一個平安程度之內(nèi),從而維護(hù)被維護(hù) IC 或線路;當(dāng)異常過壓消逝,其恢復(fù)至高阻態(tài),電路正常工作。
當(dāng)電壓超越二極管的導(dǎo)通電壓的時分,就導(dǎo)通接地放掉,正常信號普通達(dá)不到導(dǎo)通電壓,不會到達(dá)該電壓,所以不會經(jīng)過地?fù)p耗,而 ESD 電壓普通超越導(dǎo)通電壓,從而會使二極管導(dǎo)通,ESD 電壓經(jīng)過接地放掉,避免打壞儀器內(nèi)部。
關(guān)于實(shí)踐電子產(chǎn)品來說,靜電危害極大,如何停止防護(hù)呢?
在停止靜電防護(hù)設(shè)計時通常分為三步:
1)避免外部電荷流入電路板而產(chǎn)生損壞;
2)避免外部磁場對電路板產(chǎn)生損壞;
3)避免靜電場產(chǎn)生的危害。
在實(shí)踐電路設(shè)計中我們會采用以下幾種辦法的一種或幾種來停止靜電維護(hù):
1)ESD 二極管來停止靜電維護(hù):
這也是設(shè)計中經(jīng)常用到的一種辦法,典型做法就是在關(guān)鍵信號線并聯(lián)一雪崩二極管到地。
該法是應(yīng)用 ESD 二極管快速響應(yīng)并且具有穩(wěn)定鉗位的才能,能夠在較短的時間內(nèi)耗費(fèi)匯集的高電壓進(jìn)而維護(hù)電路板。
2)運(yùn)用高壓電容停止電路維護(hù)
該做法通常將耐壓至少為 1.5KV 的陶瓷電容放置在 I/O 銜接器或者關(guān)鍵信號的位置,同時銜接線盡可能的短,以便減小銜接線的感抗。
若采用了耐壓低的電容,會惹起電容的損壞而失去維護(hù)的作用。
3)采用鐵氧磁珠停止電路維護(hù)
鐵氧磁珠能夠很好的衰減 ESD 電流,并且還能抑止輻射。
當(dāng)面臨著兩方面問題時,一個鐵氧磁珠會時一個很不錯的選擇。
4)火花間隙法
在銅皮構(gòu)成的微帶線層運(yùn)用尖端互相對準(zhǔn)的三角銅皮構(gòu)成,三角銅皮一端銜接在信號線,另一個三角銅皮銜接地。
當(dāng)有靜電時會產(chǎn)生尖端放電進(jìn)而耗費(fèi)電能。
5)采用 LC 濾波器的辦法停止維護(hù)電路
LC 組成的濾波器能夠有效的減小高頻靜電進(jìn)入電路。
電感的感抗特性能很好的抑止高頻 ESD 進(jìn)入電路,而電容有分流了 ESD 的高頻能量到地。
同時,該類型的濾波器還能夠世故信號邊緣而較小 RF 效應(yīng),性能方面在信號完好性方面又有了進(jìn)一步的進(jìn)步。
6)多層板停止 ESD 防護(hù)
多層板也是一種有效避免 ESD 的一種手腕。
在多層板中,由于有了一個完好的地平面靠近走線,這樣能夠使 ESD 愈加快捷的耦合到低阻抗平面上,進(jìn)而維護(hù)關(guān)鍵信號的作用。
7)電路板外圍留維護(hù)帶的辦法維護(hù)法
這種辦法通常是在電路板四周畫出不加組焊層的走線。
在條件允許的狀況下將該走線銜接至外殼,同時要留意該走線不能構(gòu)成一個封鎖的環(huán),以免構(gòu)成環(huán)形天線而引入更大的費(fèi)事。
8)采用有鉗位二極管的 CMOS 器件或者 TTL 器件停止電路的維護(hù)
這種辦法是應(yīng)用了隔離的原理停止電路板的維護(hù),由于這些器件有了鉗位二極管的維護(hù),在實(shí)踐電路設(shè)計中減小了設(shè)計的復(fù)雜度。
9)多采用去耦電容
這些去耦電容要有低的 ESL 和 ESR 數(shù)值,關(guān)于低頻的 ESD 來說,去耦電容減小了環(huán)路的面積,由于其 ESL 的作用使電解質(zhì)作用削弱,能夠更好的濾除高頻能量。
總之,ESD 固然危害宏大,但是,只要維護(hù)好電路上電源和信號線,那么就能有效的避免 ESD 的電流流入 PCB 中,一個板子的良好接地才是霸道。
以采用 TVS 二極管避免 ESD 為例:
最小擊穿電壓和擊穿電流、最大反向漏電流和額定反向關(guān)斷電壓等參數(shù)對電路的影響及選擇原則,并針對便攜消費(fèi)電子設(shè)備、機(jī)頂盒、以及個人電腦中的視頻線路維護(hù)、USB 維護(hù)和 RJ-45 接口等。
隨著挪動產(chǎn)品、打印機(jī)、PC,DVD、機(jī)頂盒(STB)等產(chǎn)品的疾速開展,消費(fèi)者正請求越來越先進(jìn)的性能。
半導(dǎo)體組件日益趨向小型化、高密度和功用復(fù)雜化,特別是像時髦消費(fèi)電子和便攜式產(chǎn)品等對主板面積請求嚴(yán)厲的應(yīng)用很容易遭到靜電放電的影響。
一些采用了深亞微米工藝和甚精密線寬布線的復(fù)雜半導(dǎo)體功用電路,對電路瞬變過程的影響愈加敏感,將招致上述的問題愈加激化。
TVS 二極管防護(hù) ESD 原理:
電路維護(hù)元件的選擇應(yīng)依據(jù)所要維護(hù)的布線狀況、可用的電路板空間以及被維護(hù)電路的電特性來決議。
此外,理解維護(hù)元件的特性學(xué)問也十分必要,需求思索的重要要素之一是器件的箝位電壓。
所謂箝位電壓是在 ESD 器件里跨在瞬變電壓消弭器(TVS)上的電壓,它是被維護(hù) IC 的應(yīng)變電壓。
由于應(yīng)用先進(jìn)工藝技術(shù)制造的 IC 電路里氧化層比擬薄,柵極氧化層更易遭到損傷。
這意味著較高的箝位電壓將在被維護(hù) IC 器件上產(chǎn)生較高的應(yīng)變電壓,并且增加了失效的概率。
很多維護(hù)元件都被設(shè)計成可吸收大量的能量,由于元件構(gòu)造或設(shè)計上的緣由也招致其具有很高的箝位電壓。
由于變阻器的箝位電壓太高,他們不可以提供有效的 ESD 維護(hù)。
此外,由于變阻器的高電容他們也不能給高速數(shù)據(jù)線路提供維護(hù)。
TVS 二極管正是為處理此問題而產(chǎn)生的,它已成為維護(hù)便攜電子設(shè)備的關(guān)鍵性技術(shù)。
TVS 二極管是特地設(shè)計用于吸收 ESD 能量并且維護(hù)系統(tǒng)免遭 ESD 損傷的固態(tài)元件。
假如應(yīng)用得當(dāng),TVS 二極管將限制跨在被維護(hù)器件上的電壓剛好高過額定工作電壓,但是卻遠(yuǎn)低于毀壞閾值電壓。
值得留意的是,不論選擇怎樣的 TVS 器件,它們在電路板上的規(guī)劃十分重要。
TVS 規(guī)劃前的導(dǎo)線長度應(yīng)該減到最小,由于快速(0.7ns)ESD 脈沖可能產(chǎn)生招致 TVS 維護(hù)才能降落的額外電壓。
