ESD保護(hù)設(shè)計(jì)有哪些要求及考慮因素？

靜電放電(ESD)是一種自然現(xiàn)象，其產(chǎn)生的電磁場(chǎng)會(huì)影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中，ESD保護(hù)電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文將詳細(xì)介紹ESD保護(hù)設(shè)計(jì)的要求及考慮因素，包括電路結(jié)構(gòu)、元器件選擇、布局布線、測(cè)試與優(yōu)化等方面。

雖然大多數(shù)ESD事件對(duì)人體無(wú)害，但它們可能會(huì)在某些工業(yè)制造環(huán)境中造成具有挑戰(zhàn)性和代價(jià)高昂的問(wèn)題。靜電是電子行業(yè)和醫(yī)療設(shè)備制造行業(yè)、汽車(chē)制造行業(yè)和印刷行業(yè)以及需要潔凈室環(huán)境的其它行業(yè)的一個(gè)經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。ESD問(wèn)題會(huì)減慢生產(chǎn)速度，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，吸引污染物并產(chǎn)生安全問(wèn)題等。

很多人認(rèn)為高的靜電電壓是導(dǎo)致ESD損害的重要根源。但是，實(shí)際上許多電子設(shè)備容易受到低壓ESD損壞。例如，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組件對(duì) 10V的靜電放電相當(dāng)敏感。

ESD事件發(fā)生時(shí)，盡管我們?cè)陔姄魰r(shí)可能感覺(jué)不到熱量，但是ESD事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)熱量可能會(huì)非常高，。當(dāng)靜電放電釋放到電子設(shè)備(例如半導(dǎo)體或擴(kuò)展槽或卡)上時(shí)，電荷產(chǎn)生的熱量會(huì)熔化或蒸發(fā)部分微小部件，從而導(dǎo)致部件發(fā)生故障。

在制造過(guò)程中，靜電放電的預(yù)防基于靜電放電保護(hù)區(qū)(EPA)。EPA可以是小型工作站或較大的生產(chǎn)區(qū)域。EPA的主要原理是，在靜電放電敏感電子設(shè)備附近沒(méi)有高電荷的材料，所有導(dǎo)電和耗散材料都已接地，工作人員都已接地，并且可以防止在ESD敏感電子設(shè)備上積聚電荷。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)用于定義典型的EPA，例如可以從國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)或美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)中找到。

一、ESD保護(hù)電路的設(shè)計(jì)要求

有效性：ESD保護(hù)電路應(yīng)能夠有效吸收、中和或?qū)б鼸SD能量，避免對(duì)內(nèi)部電路造成損害。

可靠性：ESD保護(hù)電路應(yīng)能夠在多次的ESD事件中穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)疲勞或失效現(xiàn)象。

兼容性：ESD保護(hù)電路應(yīng)與敏感電路兼容，不會(huì)對(duì)敏感電路產(chǎn)生不利的影響。

安全性：ESD保護(hù)電路應(yīng)具有足夠的安全性，不會(huì)在ESD事件中產(chǎn)生危害性電壓或電流。

二、ESD保護(hù)電路的設(shè)計(jì)考慮因素

電路結(jié)構(gòu)

(1)橫向或縱向二極管：根據(jù)實(shí)際需求選擇橫向或縱向二極管。橫向二極管具有較高的耐壓和較低的泄漏電流，適用于高ESD防護(hù)要求的應(yīng)用;縱向二極管具有較低的成本和較小的芯片面積，適用于中低ESD防護(hù)要求的應(yīng)用。

(2)晶體管：根據(jù)實(shí)際需求選擇適當(dāng)?shù)木w管，如MOSFET、BJT等。

(3)電阻、電容和電感等元器件：根據(jù)實(shí)際需求選擇適當(dāng)?shù)碾娮?、電容和電感等元器件?

元器件選擇

(1)選擇具有高耐壓、低泄漏電流的二極管和晶體管。

(2)選擇具有高靈敏度的觸發(fā)器和其他相關(guān)元器件。

布局布線

(1)合理的布局布線能夠減小ESD能量在電路內(nèi)部傳播的可能性，降低對(duì)其他電路的干擾。

(2)將ESD保護(hù)電路與敏感電路分開(kāi)布置，并采用大面積接地等措施。

測(cè)試與優(yōu)化

(1)在完成ESD保護(hù)電路的設(shè)計(jì)后，應(yīng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試以驗(yàn)證其性能。

(2)根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化，以提高其ESD防護(hù)能力。

三、實(shí)際應(yīng)用案例分析

以一個(gè)手機(jī)電路板為例，其中包含多個(gè)ESD保護(hù)電路。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了多種實(shí)現(xiàn)方法，包括總線控制方式、功率放大器方式和輸入輸出模塊方式等。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體需求選擇合適的實(shí)現(xiàn)方法，并進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化，以提高ESD防護(hù)能力。

四、總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了ESD保護(hù)電路的設(shè)計(jì)要求及考慮因素，包括電路結(jié)構(gòu)、元器件選擇、布局布線、測(cè)試與優(yōu)化等方面。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體需求選擇合適的實(shí)現(xiàn)方法，并進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化，以提高ESD防護(hù)能力。