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	 > 元件/連接器 > 設計應用 > 造就產品更牢靠的電路保護方法
          
    
          

          

          


	
	
	

          
	
          
		
          
			
          造就產品更牢靠的電路保護方法
          
						
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				作者：Joshua Israelsohn 
				時間：2005-08-30
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          　　幾乎所有電子OEM領域的功能密度正在日益增長，使寶貴的硅片更易于受到真實世界的損害。采取花錢較少的簡單措施，就可以保護您的產品和您公司的聲望，還能在極端情況下保護您的客戶。

          　　要點
          　　產品的聲譽依賴于產品的牢靠性。
          　　在確定一個瞬變保護電路之前，要比較你的電路對漏電流和并聯(lián)電容的容限。
          　　要將候選保護器件的速度與你打算預防的瞬變的合理模型進行比較。
          　　要提防在沒有瞬變源模型和測試方法的情況下就規(guī)定瞬變耐受電平的 IC 制造商。單單瞬變耐受電平是不能說明什麼問題的。
          本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/7895.htm
          　　由于電子行業(yè)向作為優(yōu)勢設計工具的小尺寸 CMOS 工藝的演進，業(yè)已提高了信號處理與計算性能、能量效率、經濟性以及緊湊性，但在面臨不可避免的常見電氣瞬變危害時同時又使IC 固有的牢靠性下降。
          　　概括說來，瞬變源可分為閃電、開關、EMP（電磁脈沖）和 ESD（靜電放電）四種。在這四種瞬變源中，EMP 很少見，主要由核事件產生。但是，與 EMP一樣，幾乎所有電瞬變源都是由存儲的能量突然釋放產生的。閃電和 ESD 是由靜電荷突然釋放產生的，而開關瞬變通常是由于存在顯式電抗或寄生電抗時電流或電壓發(fā)生突變，導致靜電場或電磁場劇變而產生的。
          　　某一類中的瞬變源往往表現(xiàn)出相同的時域特性。例如，開關瞬變具有周期性的特點，其幅度與重復頻率會因某一裝置的細節(jié)不同而各異。閃電與 ESD 脈沖則是非周期性的，其發(fā)生地點超出了大的地理趨勢，是不可預測的（圖 1）。（TechFlick：圖 1 的動畫版，顯示全球每平方公里每年的閃電數(shù)。圖形與視頻均由 NASA 國際空間科學與技術中心閃電組提供。）


          　　閃電與 ESD 脈沖也是難以測量的，其幅度變化范圍很大。各工業(yè)部門都開發(fā)并推廣了各種瞬變源的標準與試驗方法。這些標準盡管在一些重要方面（例如電荷存儲與源阻抗）可能各有不同，但在瞬變對在其它情況下不會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)據反映的情況是不全面的：瞬變波形不是方波，但上升時間呈快速指數(shù)型，下降時間則是緩慢的指數(shù)型，在峰值波幅處幾乎沒有停留時間。


          　　對于任何易受瞬變影響的給定節(jié)點來說，其保護方法必須同時滿足幾個要求。這種保護方法必須能將被保護節(jié)點箝位在安全電位上。因此，一個合適的保護器件因其保護的電路類型不同而有所不同。保護器件對于瞬變上升沿的響應必須足夠快，以保持節(jié)點電壓低于損壞閾值。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計要采用良好的高速布線技術來實現(xiàn)保護網絡。最后，這種保護方法要么必須能吸收瞬變產生的能量，要么必須使該能量在瞬變源阻抗上耗散掉。由于這一原因，OEM 設計師不能總是依賴于半導體的片上保護單元，而常常必須增加電路板級的保護元件。因此，對某一給定的瞬變類型來說，確定其保護方法的第一步就是計算電路必須吸收的總脈沖能量。另外還要考慮可能的重復頻率與升溫時間常數(shù)，以保證箝位元件在關鍵時刻不過熱。
          　　最經常受影響的節(jié)點是一個系統(tǒng)中暴露在外的端口，其中包括電源入口和信號 I/O 。這些節(jié)點可能還包括接近絕緣表面的一些內部節(jié)點，鍵盤和顯示器中的情況就是這樣。瞬變未必產生于某根特定的引腳，從而損壞其相關電路與某個子系統(tǒng)連接的引腳上產生的瞬變脈沖可通過電容耦合到連接其他子系統(tǒng)的引腳上，然后發(fā)生擊穿，或在擊穿之后的電流突變期間，通過電感耦合到連接其它子系統(tǒng)的引腳上。在這樣的情況下，只保護最初的受害電路是不夠的。例如，如果某個設備將信號引腳與電源輸入線捆綁在一起，比如說由電動機引起的電源瞬變就會耦合到信號節(jié)點，但信號幅度有所降低。
          　　高速電路的保護之所以具有挑戰(zhàn)性，是因為高速電路對箝位電路另外加到被保護節(jié)點的并聯(lián)電容負載很敏感。這就是光纖饋線在高速通信中，甚至對于短距離鏈路（如機架到機架的鏈路）具有吸引力的幾個原因之一.
          
				
            
                
			
							
          
                
			              
              
            
          
		
          
		
          
		
          
		
          
		
          
			
            
				
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