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          關(guān)于智能本的ESD保護(hù)和防雷擊保護(hù)設(shè)計指引

          作者: 時間:2012-06-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          本是一種新興的能像手機一樣隨身攜帶和即開即用的新型上網(wǎng)本,它在室外使用的幾率相當(dāng)大,因此在和雷擊方面必須進(jìn)行特別的和雷擊保護(hù)盡管同屬過壓保護(hù)范疇,但它們的要求和挑戰(zhàn)卻有很大不同。為了給讀者在思路和解決方案選擇上有更清晰的,本刊特別邀請到了臺灣晶炎科技股份有限公司研發(fā)部協(xié)理姜信欽博士與大家分享他的設(shè)計經(jīng)驗。姜博士在這方面擁有28發(fā)明專利,是IEEE認(rèn)可的電路保護(hù)專家。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/165501.htm

          保護(hù)和雷擊保護(hù)在設(shè)計要求上的最大差別是什么?

          答:雷擊事件所產(chǎn)生的噪聲是屬低頻(事件長度為20usec以上)但能量卻很大的噪聲,所以雷擊保護(hù)組件的設(shè)計都著重在能宣泄大能量噪聲,而非其反應(yīng)速度上。ESD(靜電放電)事件所產(chǎn)生的噪聲是屬高頻(事件長度為60nsec以內(nèi))但能量很小的噪聲,所以ESD保護(hù)組件的設(shè)計必須著重于其反應(yīng)速度上,唯有反應(yīng)速度在10nsec以內(nèi)的保護(hù)元件才有ESD防護(hù)效果。

          這兩種過壓保護(hù)的主要設(shè)計挑戰(zhàn)是什么?

          答:雷擊保護(hù)元件的設(shè)計挑戰(zhàn)在于要在有限的元件體積下,能宣泄最大能量的雷擊噪聲,元件材料的選擇是設(shè)計重點。ESD保護(hù)元件的設(shè)計挑戰(zhàn)則是在設(shè)計元件的快速反應(yīng)速度與反應(yīng)后的低導(dǎo)通阻抗,唯有如此才能提供低箝制電壓來保護(hù)系統(tǒng)的正常運作,而此類元件的設(shè)計重點會是在元件結(jié)構(gòu)及其所用的工藝上。

          什么是實現(xiàn)這兩種過壓保護(hù)的最可靠或性價比最好的元件?具體工程設(shè)計上要注意什么問題?

          答:雷擊保護(hù)元件目前還是以陶瓷材料所制作的元件(如壓敏電阻)為主,因為其成本低又能宣泄大能量的雷擊噪聲。不過這類元件因其反應(yīng)速度很慢(大于35nsec以上),不可以同時拿來當(dāng)ESD保護(hù)元件。ESD保護(hù)元件現(xiàn)在則是以半導(dǎo)體材料與工藝所制作的元件為主,因為其保護(hù)效果最佳、元件可靠度也最佳、成本也可因設(shè)計成陣列式而可降得很低。此外,透過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計,ESD保護(hù)元件也可以被拿來當(dāng)較低能量的雷擊保護(hù)元件用(如小于40A的雷擊保護(hù)元件)。

          要使一臺上網(wǎng)本或本成功地通過嚴(yán)格的IEC61000-4-2level-4ESD測試或認(rèn)證,你認(rèn)為系統(tǒng)設(shè)計工程師應(yīng)采取哪些電子和機械保護(hù)措施?

          答:因成本與重量的考量,目前的系統(tǒng)產(chǎn)品都被迫要采用大量的非導(dǎo)電材料來設(shè)計機構(gòu)與外觀,這造成系統(tǒng)設(shè)計工程師沒有太多機械保護(hù)措施可用來設(shè)計一個完整、安全的靜電放電路徑來保護(hù)系統(tǒng)。這時務(wù)必導(dǎo)入半導(dǎo)體式及陣列式的ESD保護(hù)元件,結(jié)合有限的機械保護(hù)措施,來設(shè)計出一個最低阻抗的靜電放電路徑,供ESD噪聲來通過,這就如同是埋了一根避雷針在系統(tǒng)產(chǎn)品中一樣。

          要最經(jīng)濟地使USB2。0、USB3。0、HDMI1。3、DisplayPort、VGA和10/100M以太網(wǎng)接口滿足IEC61000-4-2Level-4要求,應(yīng)分別采用哪種類型的ESD保護(hù)組件?它們應(yīng)分別滿足的最低關(guān)鍵性能指標(biāo)是多少?

          答:第一、要采用Array式的ESD保護(hù)組件,這樣才可以用最少的組件數(shù)來縮小PCB的空間及降低PCB的寄生阻抗;第二、ESD保護(hù)組件的線路電容要夠低,如USB2。0需要用小于3pF,USB3。0需要用小于0。3pF,HDMI1。3需要用小于0。6pF,DisplayPort也需要用小于0。6pF,VGA需要用小于2pF,10/100MLAN需要用小于3pF的ESD保護(hù)元件;第三、ESD保護(hù)元件的箝制電壓必須要夠低,才能使系統(tǒng)在ESD發(fā)生時還能不受干擾地運作,至于要多低的箝制電壓才夠,則要看系統(tǒng)的噪聲免疫能力而定,尚難訂出實際的值,端看測試結(jié)果而知夠不夠低。

          要最經(jīng)濟地使電源接口滿足IEC61000-4-2Level-4要求,應(yīng)采用什么類型的ESD保護(hù)元件?它應(yīng)滿足的最低關(guān)鍵性能指標(biāo)是多少?

          答:IEC61000-4-2Level-4所定義的是ESD測試電壓值必須是接觸8KV、空氣放電15KV,所以選用的ESD保護(hù)元件當(dāng)然必須要能承受此級別的ESD轟擊而不會受破壞,這是基本要求。但是真正重要的是,產(chǎn)品的失效標(biāo)準(zhǔn)是選用哪一種?在過去,Class-C(ESD轟擊后,需手動復(fù)位)就足夠了,但隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提升要求,現(xiàn)在都至少要求選用Class-B(ESD轟擊后,系統(tǒng)會自動從異常動作恢復(fù)過來),更甚者,會要求選用Class-A(ESD轟擊后,系統(tǒng)不會觀察到任何異常動作)當(dāng)失效標(biāo)準(zhǔn)。這時,還需以箝制電壓的高低來當(dāng)作選用ESD保護(hù)元件的依據(jù),愈低的箝制電壓會有機會過Class-A的ESD測試。所以,ESD保護(hù)元件的關(guān)鍵性能指針就是其低箝制電壓。

          晶焱的ESD和雷擊保護(hù)組件與競爭對手相比,最主要的賣點是什么?

          答:晶焱科技的ESD和雷擊保護(hù)元件的賣點就在于其擁有最低的箝制電壓,最低的箝制電壓就代表對系統(tǒng)運作的保護(hù)能力最強。尤其是ESD的保護(hù)元件,晶焱科技是第一個強力介紹與建議系統(tǒng)設(shè)計工程師以ESD箝制電壓的高低當(dāng)選用標(biāo)準(zhǔn)的。因為,有許多人會迷思在選用能承受愈高ESDlevel轟擊而不會損壞的保護(hù)元件,這就好像是在選用貼身保鑣一樣,如果保鑣長得孔武有力,但卻不愿為你擋刀子、擋槍彈,那他對你就毫無保護(hù)效果。ESD保護(hù)元件也是同樣道理,一個能承受很高的ESDlevel轟擊而不會損壞的保護(hù)元件,若沒能提供夠低的ESD箝制電壓時,當(dāng)ESD轟擊系統(tǒng)時,常見的情況是,ESD保護(hù)元件安然無恙,但系統(tǒng)的一些主要IC已被打壞。

          您會建議系統(tǒng)設(shè)計工程師如何選用具有低ESD箝制電壓的ESD保護(hù)組件?

          答:要比較兩個ESD保護(hù)組件的箝制電壓高低,如果直接利用靜電槍來轟擊ESD保護(hù)組件,再用示波器來觀察,是不容易觀察出其高低,因為示波器上會看到很多高頻噪聲會把兩個ESD保護(hù)組件的電壓變化掩蓋住。因此正確的比較方式是利用TransmissionLinePulsing(TLP)System來間接量出兩個ESD保護(hù)組件箝制電壓高低。利用TLP量到擁有較低箝制電壓的ESD保護(hù)組件,對系統(tǒng)的保護(hù)效果會較佳。晶焱科技是第一家向系統(tǒng)設(shè)計工程師介紹此種選用方式,并成功讓許多系統(tǒng)設(shè)計工程師透過此方式一次就選用到適用的ESD保護(hù)組件,節(jié)省下許多系統(tǒng)的ESD設(shè)計與測試時間。



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