隨著電子產(chǎn)品中的電子元件不斷縮小，電路變得越來越靈敏、越來越難以保護，因為這些元件在制造時采用了深亞微米硅處理工藝。瞬態(tài)過壓事件會導致軟故障、潛在故障，甚至災難性故障。靜電放電，即通常所說的ESD事件，就是常見的瞬態(tài)過壓。事實上，現(xiàn)在半導體廠商生產(chǎn)的集成電路通常配有最低水平的ESD保護，只是這種保護水平一般比較低(500V)。而且在用戶手中使用時，所采用的ESD測試模型也與業(yè)內(nèi)所見的迥然不同。
作為設計工程師，需要注意的是，產(chǎn)品在日常使用過程中，會出現(xiàn)較高的ESD威脅。例如，當人們從地毯上走過時，會產(chǎn)生超過15kV的ESD,如果這種程度的ESD被釋放到USB端口，那么芯片內(nèi)的保護電路會嚴重受損，進而損傷保護電路所保護的電路系統(tǒng)，USB會因此而失效，無法使用。
所需的敏感電路保護
一個典型的例子表明，全球電子制造商與其元件供應商之間合作的密切程度是找到問題解決方法的關鍵：去年，一家電子消費品、移動通信和家電市場龍頭制造商聯(lián)系力特(Littelfuse)幫助他們解決一個潛在的嚴重問題。他們查明，一個關鍵的集成電路經(jīng)常遭受通過USB端口的損壞。這個集成電路通過提供WiFi連接使液晶電視變得“智能”.這家公司已對多個不同的器件進行的測試，只能取得最大3.5kV的系統(tǒng)靜電放電抗擾度。其他公司的ESD解決方法都不能滿足其保護要求。在調(diào)查了設計及了解了目標ESD抗擾度水平后，力特確定，能夠提供一種能滿足其需要的器件。
圖1:通用I/O端口靜放電電流路徑。
力特在中國無錫設立的生產(chǎn)和測試中心為該公司確定了合適的解決方案。在進行應用級別的試驗的過程中，力特展示了系統(tǒng)級別性能的動態(tài)電阻的重要性。動態(tài)電阻是抑制器的有效電阻，同時也能抑制ESD脈沖。這是確定器件對ESD脈沖的分流情況有多好的關鍵因素，對ESD進行分流最終可確定集成電路是否能得到保護。[!--empirenews.page--]
另一種相應的方法是，測試保護器件V-I曲線具有多緩多陡的坡度，其決定動態(tài)電阻的高低。通過測試大批動態(tài)電阻不同的現(xiàn)成器件，可確定動態(tài)電阻約為0.25Ω(以TLP或傳輸線脈沖測定)的器件足可以保護集成電路。最終，力特確認自己可以按需要的波形系數(shù)設計一種新型器件，其動態(tài)電阻十分接近相應的要求，同時電容又足夠低，可以保持USB端口信號的完整性。
SP3031誕生
4個月后，我們成功研制出SP3031-01ETG.SP3031-01ETG包含2個低電阻導向二極管，另外還有一個箝位TVS二極管，三者全都集裝在大小僅為1.0×0.6mm的0402管殼內(nèi)。通常，電容和動態(tài)電阻彼此互不相容。二極管越大，電容就越大，但相應地，額外區(qū)域提供的動態(tài)電阻會比較低。因此，很多時候，客戶只得舍棄信號完整性(即高電容)，來取得較低的動態(tài)電阻(即較好的箝位)。在這種特殊情況下，高速USB可以約1~2pF的電容運行，但客戶的目標是小于1pF,以保證最低程度的信號完整性。除此之外，該目標還要求較低的動態(tài)電阻值，而這一般常見于電容為15~20pF的產(chǎn)品中。這種新的解決方案要求使用專利半導體處理工藝和硅設計技術。
事實證明，如果客戶能夠與其元件供應商在其位于中國的制造地會面，親眼目睹測試的進行以及元件與整個系統(tǒng)的相互配合，情況可能會更好。這是一次可以更好地了解單個ESD部件，與整個系統(tǒng)ESD抗擾度之間的關系及性能的機會。
圖2:動態(tài)電阻圖示。
SP3031現(xiàn)在已進入批量生產(chǎn)，并于2013年底發(fā)貨裝運。得知2015年相關款式的電視可能要求更高水平的ESD抗抵度(可能是6kV)，力特正在努力設計新型保護元件，通過進一步降低系統(tǒng)動態(tài)電阻，降低箝位電壓，同時又保持較低電容和信號完整性來滿足上述要求。通過此次范例分析，我們可得出結論：保護60寸智能電視不受ESD侵擾可采用0.6mm2硅。
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