實(shí)驗(yàn)出真知！可充分發(fā)揮ESD保護(hù)元件性能的電路設(shè)計(jì)

TDK的多層貼片式壓敏電阻產(chǎn)品陣容齊全，可保護(hù)設(shè)備因受ESD（靜電放電）影響而引發(fā)的故障和誤動作，能幫助客戶有效解決ESD問題。但隨著用戶設(shè)備的小型化、輕量化和高功能化，以前效果出眾的多層貼片式壓敏電阻產(chǎn)品也出現(xiàn)了無法充分發(fā)揮保護(hù)效果的情況。

為了查明原因，我們以客戶設(shè)備的小型化為前提進(jìn)行了ESD實(shí)驗(yàn)，本期推文就來為您詳細(xì)介紹通過此次實(shí)驗(yàn)得出的各數(shù)據(jù)與結(jié)果。

5G技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的相互協(xié)作和實(shí)時(shí)通信，也對設(shè)備的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，比如更小、更輕、更低功耗、更高功能、長期運(yùn)行、高可靠性、更高的EMC耐受能力等等。相比于大型設(shè)備（如汽車、工業(yè)設(shè)備，醫(yī)療設(shè)備等）的PCB和機(jī)殼設(shè)計(jì)，智能手機(jī)、VR、無人機(jī)等小型移動設(shè)備的PCB尺寸小，ESD更容易侵入，而且用于ESD消除的GND地線和機(jī)殼的設(shè)計(jì)往往不穩(wěn)定，是很難采取ESD對策的設(shè)備之一。

針對電壓保護(hù)應(yīng)用，TDK提供有非常齊全的壓敏電阻（氧化鋅）和防雷（放電管）產(chǎn)品，能滿足各種電流大小的應(yīng)用。本文中介紹的ESD測試便使用如下產(chǎn)品圖中所示的專用貼片式壓敏電阻。

ESD可視化設(shè)備是一種通過用非接觸磁場探針自動掃描ESD電流來實(shí)現(xiàn)ESD電流可視化的設(shè)備。

圖1 ESD可視化設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)中使用雙面電路板（正面：信號線，背面：GND地線，正面的GND地線通過Via連接到背面的GND地線）。背面的GND地線有兩種不同的尺寸：①窄地線（10x20mm）和 ②寬地線（85x50mm）。

圖2 PCB的GND地線設(shè)計(jì)

將貼片式壓敏電阻配置到PCB正面的信號線和GND地線之間。GND地線與金屬機(jī)殼和大地不相連。在此狀態(tài)下，對信號線按照IEC61000-4-2要求施加ESD 1kV。

圖3 實(shí)驗(yàn)設(shè)置 

當(dāng)GND地線較窄時(shí)，ESD將繞過壓敏電阻，擴(kuò)散到信號線。而當(dāng)GND地線較寬時(shí)，ESD會被貼片式壓敏電阻吸收并引向GND地線。這是由GND地線相對于信號線的阻抗大小決定的。GND地線較窄時(shí)，GND地線的阻抗較大，因此ESD無法流向貼片式壓敏電阻。