ESD保護(hù)解決問題：每次一個(gè)汽車模塊

在一天的工作正式開始前，粗略地瀏覽電子郵件，看到一連串報(bào)價(jià)、樣品、項(xiàng)目和其他要求。對(duì)我來(lái)說(shuō)，總是突穎而出的一個(gè)要求通常包含“幫助”和“ESD”兩個(gè)詞。這特殊的請(qǐng)求是在艱難的時(shí)刻產(chǎn)生，然而我忍不住笑了，因?yàn)檫@對(duì)一個(gè)ESD保護(hù)器件的制造商恰好是絕佳商機(jī)。

靜電放電（ESD）可能發(fā)生在電絕緣的物體，如一個(gè)人由于摩擦而帶電和在接觸到接地金屬物體時(shí)突然放電。靜電電位可高達(dá)30 kV，而由此產(chǎn)生的放電是非常短的，通常為100 ns，峰值電流可高達(dá)100 A。我們都以不同的形式經(jīng)歷過ESD，當(dāng)我們走路回家觸摸門把手時(shí)產(chǎn)生靜電，隨后被電到。這可能會(huì)瞬間疼痛，能量通過空氣切割的輕微的藍(lán)色火花用科學(xué)解釋“相當(dāng)酷”。但想象一下，當(dāng)您從車?yán)锍鰜?lái)，靠在車身上加油時(shí)發(fā)生這種情況。進(jìn)入和離開您的車可能讓驅(qū)動(dòng)您的導(dǎo)航和“求助”系統(tǒng)的電子設(shè)備受到電擊。雖然電擊可能不會(huì)傷害我們，即使是最輕微的脈沖也會(huì)損壞這些系統(tǒng)中的敏感電子，使它們變得無(wú)用，而不是“酷”。

例如，GPS或全球定位衛(wèi)星子系統(tǒng)有助于您的車輛共享其位置，從而令某些地圖和輔助系統(tǒng)到達(dá)您的位置。它由一個(gè)天線驅(qū)動(dòng)，通過位于可在車外看到的常見的“魚鰭”模塊內(nèi)，還有一個(gè)GPS收發(fā)器電路。在一些實(shí)施中，該收發(fā)器電路位于一個(gè)TelemaTIcs Box中，它在當(dāng)今汽車行業(yè)扮演著越來(lái)越重要的角色。隨著越來(lái)越多的互聯(lián)的車輛進(jìn)入市場(chǎng)，如4G蜂窩服務(wù)、WiFi、GPS和V2X（車輛之間和車輛與基礎(chǔ)設(shè)施通信）等特性都將在TelemaTIcs Box內(nèi)實(shí)施。

GPS收發(fā)器電路常見的器件包括一個(gè)集成電路（IC）芯片與相關(guān)的射頻（RF）前端分立元件如變壓器及表面貼裝電容器和電阻器。收發(fā)器芯片越來(lái)越強(qiáng)大，集成了更多的功能，并且通過減小硅工藝的幾何尺寸減小了物理尺寸。最后一點(diǎn)在ESD的存在等級(jí)方面是關(guān)鍵的-行業(yè)趨勢(shì)已趨向采用的工藝幾何尺寸越小，芯片組對(duì)ESD越敏感。這種更高的靈敏度會(huì)導(dǎo)致整體更低的系統(tǒng)（IC被置于其中）級(jí)ESD。

談?wù)勚班]件中的ESD故障。最終他們換了新的GPS收發(fā)器IC用于之后的TelemaTIcs Box，不再需要通過所需的ISO 10605車載系統(tǒng)ESD規(guī)范的8kV等級(jí)。它們可以通過的最高水平是4kV，這需要OEM制造商的豁免和為潛在的現(xiàn)場(chǎng)失效負(fù)責(zé)。

診斷首先從檢查原理圖和PCB布局開始，如果看起來(lái)一切正常，那么就要開始下一步的實(shí)際模塊評(píng)估了。安森美半導(dǎo)體通常采用一種稱為傳輸線脈沖（TLP）的測(cè)試方法，重復(fù)測(cè)定上升時(shí)間、脈沖長(zhǎng)度和ESD脈沖的總能量。TLP不是通過阻抗不匹配的ESD模擬器放電，而是在干凈的、50歐姆的環(huán)境中放電，讓我們“看到”測(cè)試器件的鉗位電壓。

在對(duì)該特殊的模塊進(jìn)行TLP測(cè)試后，很明顯，新的GPS收發(fā)器的內(nèi)部ESD鉗位結(jié)構(gòu)具有很低的導(dǎo)通和鉗位電壓。由于這些器件大多采用普通齊納二極管結(jié)構(gòu)，擊穿電壓7至10V，這使得很難用外部低寄生電容的ESD保護(hù)器件保護(hù)。在這電壓點(diǎn)導(dǎo)通，在這個(gè)等級(jí)的鉗位和瞬態(tài)貫穿整個(gè)脈沖，這些器件可以讓大多數(shù)的瞬態(tài)電流流入無(wú)法在更高的8kV脈沖能量生存的GPS收發(fā)器的內(nèi)部ESD結(jié)構(gòu)。一些集成外部ESD保護(hù)器件的新板進(jìn)行了測(cè)試，沒有一個(gè)能夠超過所需的存在等級(jí)，因?yàn)樗鼈兌际歉邏糊R納型結(jié)構(gòu)。

開始談?wù)勛钚碌腟ZESD9101P2T5G ESD保護(hù)器件，它采用安森美半導(dǎo)體的集成可控硅整流器（SCR）ESD鉗位結(jié)構(gòu)的快速導(dǎo)通的ESD9000系列。不像舊的齊納二極管結(jié)構(gòu)，SCR結(jié)構(gòu)在相同的7V等級(jí)導(dǎo)通，但很快在3ns內(nèi)重回到極低的2至3V鉗位電壓。這使得ESD脈沖瞬態(tài)電流被適當(dāng)?shù)姆至鞯降孛娑槐缓纳⒑碗S后破壞GPS收發(fā)器IC。在一個(gè)新的模塊快速連接該器件和ESD測(cè)試開始獲得好的結(jié)果，因?yàn)镾ZESD9101成功保護(hù)了GPS通過所需的8kV存在等級(jí)。

有了推薦的ESD保護(hù)器件、TLP的結(jié)果以及向上層管理報(bào)告8kV通過結(jié)果，從而避免潛在的現(xiàn)場(chǎng)故障。雖然它肯定有助于行業(yè)領(lǐng)先的ESD保護(hù)技術(shù)，但幫助故障排除并提供深入分析以解決這個(gè)問題的是真正的ESD專知。我相信這是行業(yè)內(nèi)每個(gè)人都在尋求的，以改變現(xiàn)狀，解決具有挑戰(zhàn)性的問題，最重要的是保持車輛在路上的安全。因此，早晨開始于許多電子郵件，請(qǐng)記住，在某處有人在他們的汽車電路中正在經(jīng)歷一個(gè)嚴(yán)重的ESD故障，我們將在那里解決問題：每次一個(gè)模塊。

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