造就產(chǎn)品更牢靠的電路保護(hù)方法
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造就產(chǎn)品更牢靠的電路保護(hù)方法 | ||
幾乎所有電子OEM領(lǐng)域的功能密度正在日益增長(zhǎng)，使寶貴的硅片更易于受到真實(shí)世界的損害。采取花錢較少的簡(jiǎn)單措施，就可以保護(hù)您的產(chǎn)品和您公司的聲望，還能在極端情況下保護(hù)您的客戶。 由于電子行業(yè)向作為優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)工具的小尺寸 CMOS 工藝的演進(jìn)，業(yè)已提高了信號(hào)處理與計(jì)算性能、能量效率、經(jīng)濟(jì)性以及緊湊性，但在面臨不可避免的常見(jiàn)電氣瞬變危害時(shí)同時(shí)又使IC 固有的牢靠性下降。 概括說(shuō)來(lái)，瞬變?cè)纯煞譃殚W電、開關(guān)、EMP（電磁脈沖）和 ESD（靜電放電）四種。在這四種瞬變?cè)粗?，EMP 很少見(jiàn)，主要由核事件產(chǎn)生。但是，與 EMP一樣，幾乎所有電瞬變?cè)炊际怯纱鎯?chǔ)的能量突然釋放產(chǎn)生的。閃電和 ESD 是由靜電荷突然釋放產(chǎn)生的，而開關(guān)瞬變通常是由于存在顯式電抗或寄生電抗時(shí)電流或電壓發(fā)生突變，導(dǎo)致靜電場(chǎng)或電磁場(chǎng)劇變而產(chǎn)生的。 某一類中的瞬變?cè)赐憩F(xiàn)出相同的時(shí)域特性。例如，開關(guān)瞬變具有周期性的特點(diǎn)，其幅度與重復(fù)頻率會(huì)因某一裝置的細(xì)節(jié)不同而各異。閃電與 ESD 脈沖則是非周期性的，其發(fā)生地點(diǎn)超出了大的地理趨勢(shì)，是不可預(yù)測(cè)的（圖 1）。（TechFlick：圖 1 的動(dòng)畫版，顯示全球每平方公里每年的閃電數(shù)。圖形與視頻均由 NASA 國(guó)際空間科學(xué)與技術(shù)中心閃電組提供。）
閃電與 ESD 脈沖也是難以測(cè)量的，其幅度變化范圍很大。各工業(yè)部門都開發(fā)并推廣了各種瞬變?cè)吹臉?biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)方法。這些標(biāo)準(zhǔn)盡管在一些重要方面（例如電荷存儲(chǔ)與源阻抗）可能各有不同，但在瞬變對(duì)在其它情況下不會(huì)令人懷疑的電路的危害是如何出現(xiàn)的原理上卻是一致的（表 1）。這種表格式的數(shù)據(jù)反映的情況是不全面的：瞬變波形不是方波，但上升時(shí)間呈快速指數(shù)型，下降時(shí)間則是緩慢的指數(shù)型，在峰值波幅處幾乎沒(méi)有停留時(shí)間。
對(duì)于任何易受瞬變影響的給定節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其保護(hù)方法必須同時(shí)滿足幾個(gè)要求。這種保護(hù)方法必須能將被保護(hù)節(jié)點(diǎn)箝位在安全電位上。因此，一個(gè)合適的保護(hù)器件因其保護(hù)的電路類型不同而有所不同。保護(hù)器件對(duì)于瞬變上升沿的響應(yīng)必須足夠快，以保持節(jié)點(diǎn)電壓低于損壞閾值。低電感并聯(lián)器件和低電容串聯(lián)元件都有助于滿足這一要求，但條件是印制電路板的設(shè)計(jì)要采用良好的高速布線技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。最后，這種保護(hù)方法要么必須能吸收瞬變產(chǎn)生的能量，要么必須使該能量在瞬變?cè)醋杩股虾纳⒌簟Ｓ捎谶@一原因，OEM 設(shè)計(jì)師不能總是依賴于半導(dǎo)體的片上保護(hù)單元，而常常必須增加電路板級(jí)的保護(hù)元件。因此，對(duì)某一給定的瞬變類型來(lái)說(shuō)，確定其保護(hù)方法的第一步就是計(jì)算電路必須吸收的總脈沖能量。另外還要考慮可能的重復(fù)頻率與升溫時(shí)間常數(shù)，以保證箝位元件在關(guān)鍵時(shí)刻不過(guò)熱。 |
評(píng)論