當前位置：首頁 > 技術文章 > 電磁兼容ESD問題的解決小措施分享

電（diàn）磁兼容ESD問題的解決小措施分享

更新時間：2025-02-21 點擊次數：456

微電子電路麵臨的風險（xiǎn）比以往任何時候（hòu）都大，罪魁禍（huò）首是靜（jìng）電放電(ESD)。靜電放電是隱秘的殺（shā）手，特別容易攻擊敏感的IC。單次靜電放電事件就可以將（jiāng）PCB摧毀。抗（kàng）靜電放電設計隻要錯失一步就可能意（yì）味著（zhe）延誤上市時間、影響開發進（jìn）度，以及激怒客戶（hù）。在某些高壓力情況下（xià），甚至（zhì）意味著你的（de）飯（fàn）碗不保。

在（zài）尺寸不（bú）斷縮小的微電子（zǐ）時（shí）代，如果ESD瞬變未加抑製地在PCB走（zǒu）線上（shàng）出現之（zhī）前（qián）你不去主動地阻止（zhǐ）它們（men），那（nà）麽ESD事件很可能毀了你的（de）產品。

在寫這篇文章時，我剛好想起幾個月前發生（shēng）的一件相當有趣的事。一位快要發瘋了的客戶聯係我們尋（xún）求緊（jǐn）急幫助，希望能夠保護他的係統免遭“憤怒的"ESD瞬（shùn）變傷（shāng）害。這（zhè）個可憐的家夥遭受了一係列抗ESD故障的打擊，並使得他的產品規劃（huá）全泡了湯。他肯定錯漏了一些步驟。

首先，他沒有在任（rèn）何（hé）I/O接口（kǒu）處實現保護鉗位電路，也沒有為TVS鉗位器件放置PCB焊盤作為他需（xū）要保（bǎo）護的“安（ān）全閥"措施。使挑戰更（gèng）加複（fù）雜的是，這種（zhǒng）特殊產品上的I/O端口被（bèi）連接到了一（yī）些高速和非常敏感的通信IC。並沒有發生多少ESD就使得這些（xiē）電路板發（fā）生了通信故障。圖1顯示了在數（shù）據線上使用鉗位二（èr）極管的例子。

圖1：TVS二極管可（kě）以在數據線上提供ESD保護。這個（gè）例子展示了帶ESD保護功能（néng）的USB 2.0數據線。

當第（dì）一塊板沒有通（tōng）過ESD一致性測試時，還會（huì）推出版本1和版本2。這次（cì）不再是“瞎猜了"。客戶顯然找到了一個ESD額定電壓為±15kV的瞬態電壓抑製(TVS)鉗位管。他在電路板的一些I/O端口上布放了一些（xiē）TVS，然後相當高興地認為這個器件可以保證他的（de）係統可以抗±15kV的ESD衝擊（jī）。雖然這（zhè）步走的方（fāng）向是正確的，但他仍（réng）然從根（gēn）本上誤解了（le）ESD威脅。第（dì）二版電路仍然沒有通過±15kV電壓的測試，雖然這時他發現用TVS帶來了一定程度的改進（jìn）。圖2展示了TVS二極管如何“鉗位"來自ESD脈（mò）衝的電壓。

圖2：鉗位二極管可以減小來自ESL脈衝的電壓，因而能有效防（fáng）止你的電路受到損壞。Transient Environment: 瞬態環境（jìng）Transient voltage: 瞬態電壓Transient current: 瞬態電流（liú）Clamped voltage: 鉗位電壓TVS Diode: TVS二極管Data Line Transceiver IC: 數（shù）據線收發器IC

由於遭受（shòu）了兩次電（diàn）擊，這位（wèi）工程師帶著驚恐的心情求助於我（wǒ）們。隨著我（wǒ）們對問題的深入分析，我真切感受（shòu）到這位工程師的焦（jiāo）慮和恐懼。事實（shí）上（shàng），我有深切的感受，在這位工程師的PCB走線上亂串的ESD瞬態信號不僅會危害到電路板上的通信器件，而且毫不誇張地說可能威脅到他的工作。他早就需要一個解決方案了。由於時間不等人，而且這個已經推遲（chí）的（de）設計（jì）另（lìng）一端還有一位就要失（shī）去耐心的客（kè）戶，我們接管了這個問（wèn）題。他把電路板送（sòng）到了（le）我們的Semtech實驗室，明確希望我（wǒ）們保護這個產品免受ESD的傷害，繼而也保護他的信（xìn）譽和工作。

然而，我們首先需要澄（chéng）清的誤解是，TVS鉗位器件數據手（shǒu）冊上（shàng）的±15kV額定值與他在PCB上想要達到的係統級（jí）保護閾值基本上沒有關係。那個額定（dìng）值涉及的是TVS器件本身的故障（zhàng）閾值，但並不等同於係統要保證的抗幹擾度。正如事實擺明的那樣，他的係統電路太敏感了，在滿足針對TVS器件的電容約（yuē）束和尺（chǐ）寸要求條件下，很難達到±15kV的係統級抗幹擾性能（néng）。

此外我要解釋的是，並不是所有TVS器件生來都是一（yī）樣的。不同製造商生產（chǎn）的兩種TVS鉗位器件的鉗位性能可能有很大的差別。如果產品開發周期非（fēi）常吃緊的話，選擇便宜、山（shān）寨的TVS器（qì）件不是一（yī）個好的策略。因此，我們用（yòng）一些（xiē）更新的高性能低側鉗位器件對他的電路板進行了改造——這些器件可以抑（yì）製很高的（de）峰值電流。這（zhè）樣，這塊電路板的抗幹擾性能（néng）有了顯著的改進，如下圖所（suǒ）示。

圖3：增加瞬態電壓抑製可以顯著（zhe）降（jiàng）低鉗位電壓，保（bǎo）護敏感（gǎn）的IC。Voltage: 電壓

TVS Clamping Response ( 8kV Contact Discharge): TVS鉗位響應( 8kV接觸放電)8kV Contact voltage waveform: 8kV接觸電壓波形No external TVS protection implemented: 沒有使用外部TVS保護Clamped ESD voltage( 8kV contact) with Semtech RClamp0531TQ TVS: 使用Semtech RClamp0531TQ TVS的（de）鉗位ESD電（diàn）壓( 8kV接觸電壓)Time: 時間

他（tā）的（de）係統現在可以輕鬆通過±8kV測試了(大多數情況下±8kV足夠了)。電路板仍然（rán）沒（méi）能通過±15kV接觸放電測試（shì）(擴展目標)，但比以前的結果要好多了。在此基礎上，為了進（jìn）一步提高係統（tǒng）的（de）健壯性，我（wǒ）們（men）在線路上增加了一個小的串聯電阻，它足（zú）以壓製殘餘的瞬態電流（liú），但還不足（zú）以影（yǐng）響信號性能。

雖然（rán）增加（jiā）電阻並不是最理（）想的方案，但它確實提（tí）高了抗ESD性能，在這（zhè）樣一個設計後（hòu）期階段，它提供了實現起來相對容易的修複手段。最終結果表明一切安好：穩健的（de）產品，愉悅的最（zuì）終用戶，高興的老板，以及更加深入理解ESD保護知（zhī）識的工程師。正如他（tā）們說的那樣（yàng），“增加電阻起到了四（sì）兩撥千斤的效果。"我（wǒ）猜想在他的下一個設計中，我們的朋（péng）友會更加主動地去避（bì）免最後時刻才會發現的任何ESD失誤。（文章來（lái）自CNTRONIS）

上一篇：電波暗（àn）室實驗室種類有多少
下（xià）一篇：電磁兼容項目-輻射發射測試（shì）介紹