电路中如何解决静电放电
电路设计中如何防止静电放电?
对某些人来说ESD是一种挑战,因为需要在处理和组装未受保护的电子元件时不能造成任何损坏。这是一种电路设计挑战,因为需要保证系统承受住ESD的冲击,之后仍能正常工作,更好的情况是经过ESD事件后不发生用户可觉察的故障。
将一个电容充电到高电压(一般是2kV至8kV),然后通过闭合开关将电荷释放进准备承受ESD冲击的“受损”器件(图1)。电荷的极性可以是正也可以是负,因此必须同时处理好正负ESD两种情况。
图1:板级ESD通常涉及机器模型(MM)和人体模型(HBM)。
图2:基本的限压电路可以防止过压损坏
利用板级ESD,你可以尝试建立一个堡垒,并在“护城河”上建立多个受控的接入点。连接到“城墙”之外的部分可以被广义地分成几个类别:协议受控的数据、低带宽检测和控制线以及高速接口。前两个比较容易处理,第三个具有一定程度的挑战性。让这三部分免遭ESD破坏有几种不同的方法。
保护电路应该位于电路板入口位置,而不是入口点的下游。需要处理的可能是电弧问题引起的数千伏电位,或者最好在电路板边缘位置处理的数安培的浪涌电流。
瞬态电压抑制(TVS)限制二极管可以用作限压器。它们分为普通电压、逻辑电平和电源电 压。常见的电压种类有:12V、5V、3.3V、2.5V、1.8V和1.2V。
图4:简单的限压电压可以提供过压保护,但可能导致浪涌电流问题。浪涌电流应该被限制,而信号应该保持相对局部地的稳定性
串联电阻也有助于地的稳定。此外,让ESD浪涌电流远离数字芯片的I/O单元可以防止芯片内部出现地线反弹,从而允许处理器在外部限压器吸收浪涌电流冲击时保持正常工作。
基于多种原因,IC内部的ESD保护功能有些折衷。硅片和金属都针对IC的核心功能作了优化,不适合用于大电流工作。专门的TVS器件使用针对大电流电路优化过的硅片,具有比普通CMOS中的PN结更高的性能。
正确设计的通信端口会使用鲁棒性的协议,协议中包含了通用使用循环冗余检查(CRC)编码来测试数据的完整性。以太网、USB和CAN总线都开发了 CRC编码并随数据一起传送。设计正确的接收器将检查CRC编码是否匹配所发送的数据。如果不匹配,表示要么数据要么CRC编码发生了错误,将发出重新发 送数据的请求。
要求完善的数据完整性但不包含误码检查的高速数据流在防止ESD冲击方面难度特别大。理解器件如何提供高于1GB/s的串行数据速率和完整的通信协议保护可以避免这个问题。
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