影響電路魯棒性的設(shè)計因素思考

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介紹

安森美半導體的魯棒性，操作溫度范圍是什么?高電氣噪聲如何處理?有關(guān)ESD和故障保護的怎么樣?這些問題不一定是設(shè)計工程師在選擇IC時認為的第一件事情。盡管如此，魯棒性是一個長期運行和可靠，信譽良好的高端產(chǎn)品的關(guān)鍵性能參數(shù)。這是在惡劣的工作環(huán)境是常見的工業(yè)環(huán)境設(shè)計系統(tǒng)時更是如此。工業(yè)設(shè)備，可以接觸到廣泛的溫度，高電氣噪聲的電源線或數(shù)據(jù)線，如ESD或短路故障事件。

今天事實上集成電路在工業(yè)環(huán)境中的溫度標準是-40°C至+85°C時，“擴展”+15°C間高于標準-40°C至+70°C的幾年前溫度范圍。行業(yè)的趨勢是越來越高的溫度下工作，并最終在新的期望將在-40°C至+125°C汽車行業(yè)。更高的電流和功率密度使它明顯的IC公司必須設(shè)計電路承受更寬的溫度范圍... 被冷落的決策過程。

處理電壓瞬變

經(jīng)常會出現(xiàn)電壓瞬變電源線，因為接線不正確的或意外的短褲。如果投入得不到保障，這些瞬變可能會損壞下游電路。系列保險絲具有瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管組成一個簡單的和謹慎的電路歷來被用來保護對大多數(shù)瞬態(tài)電壓(圖1)。

圖1。瞬態(tài)電壓保護電路使用謹慎組件。

瞬態(tài)保護使用謹慎組件，然而，有其自身的局限性。TVS二極管保護閾值往往不能得到很好的控制，并且可以隨溫度急劇變化。另外，發(fā)生過壓條件后，需要更換保險絲。最后，大的瞬態(tài)需要大量的TVS二極管消耗的電路板空間和消耗額外的熱量。

更多的控制方式來管理過電壓和瞬態(tài)事件，是保護閾值和反應(yīng)電路集成到一個集成電路。每次以確?？煽康捻憫?yīng)，內(nèi)部比較器和二極管的監(jiān)督和保護IC 設(shè)計。一些集成電路集成了數(shù)據(jù)線的高電壓故障保護。為了保護本身不受損壞，故障保護裝置將鎖定時超過正常的數(shù)據(jù)線的電壓等級。這樣的一個例子是MAX4708復用器家庭的。MAX4708/MAX4709包括兩個故障檢測：一高邊高于積極軌NO_電壓探測器(V +)，和低端探測器NO_低于負軌電壓(V)(圖2)的。當在NO_電壓超過供電軌，在這一點上，N1和P1的場效應(yīng)管都關(guān)閉發(fā)生故障情況。這種方法迅速斷開輸入和輸出的開關(guān)故障時，情況發(fā)生。

圖2。在MAX4708/MAX4709的功能框圖。

與RS-485收發(fā)器，也可以管理數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的電壓瞬變。接收器輸入和輸出驅(qū)動器，一個RS-485 收發(fā)器，可能會接觸到比-7V至+12 V 共模 EIA/TIA-485標準工業(yè)系統(tǒng)在指定的范圍內(nèi)顯著更高的電壓。新的收發(fā)器已設(shè)計能夠承受這些電壓事件，現(xiàn)在甚至可以承受高達±80V(地面)無損傷。這個國家的最先進的技術(shù)確保了可靠的保障和業(yè)務(wù)長壽。

防止ESD和故障

集成ESD電路保護IC ESD事件的損壞，并有助于使整個系統(tǒng)更健壯。

靜電放電(ESD)，另一種過壓事件發(fā)生時，兩種材料具有不同的電勢接觸，傳輸存儲的靜電荷，并產(chǎn)生火花。人與周圍環(huán)境的相互作用，往往會產(chǎn)生靜電火花。這些無意的火花可以改變的半導體器件的性能，降低或完全摧毀它。ESD是一個嚴重的工業(yè)問題，估計每年造成數(shù)十億美元的賠償金。ESD事件發(fā)生在事業(yè)領(lǐng)域單個組件故障，有時甚至是災(zāi)難性的系統(tǒng)故障。

可以使用外部分立元件電路的ESD二極管和其他類型的保護數(shù)據(jù)線。許多IC器件集成了某種程度的ESD保護IC本身不需要進一步的外部保護。圖3顯示了一個非常簡化的功能框圖，一個共同的綜合保障計劃。尖峰電壓信號輸入/輸出(I / O的)被鉗位到V CC或GND和保護內(nèi)部電路。許多接口產(chǎn)品和模擬開關(guān)，集成ESD保護設(shè)計符合IEC 1000-4-2標準。值得注意的是，馬克西姆最近取得其PROFIBUS的RS-485收發(fā)器，ESD 人體模型(HBM)的水平±35千伏MAX14770E。

圖3。簡化集成ESD保護電路。

結(jié)論

雖然魯棒性的工作溫度范圍，ESD和短路故障及線路保護，涵蓋了從不同組的設(shè)計問題，它不是通常的第一件事就是設(shè)計工程師地址。這可能是一個嚴重的錯誤。在工業(yè)市場中的應(yīng)用需要強大的零部件能夠承受惡劣環(huán)境與領(lǐng)土。早在這些應(yīng)用程序的設(shè)計階段，應(yīng)考慮魯棒性。