加強(qiáng)ESD保護(hù)的技巧介紹

　　很多ESD器件數(shù)據(jù)手冊中經(jīng)常提到讓器件盡可能靠近ESD輸入點(diǎn)。這樣LPORT/LIC比就會(huì)盡可能得低(即LIC>>LPORT)。LPORT的電感未必會(huì)影響整體的ESD性能，但LIC的電感則肯定會(huì)影響ESD性能。

　　LIC的非線性會(huì)通過大幅削減IC電壓來充當(dāng)ESD脈沖的初始峰值電流的緩沖器。隨著電感的降低(即ESD器件越來越靠近IC)，電壓降也會(huì)不斷減小，直到無法獲得任何優(yōu)勢時(shí)為止。所以，將LPORT/LIC比降至最低以便利用PCB跡線的寄生特性對設(shè)計(jì)者最有利。我們所說的電壓降如圖4所示。

　　圖4

　　利用LIC和LPORT是提升整體ESD性能的直接方法。然而，無論上述比值有多小，仍然有設(shè)計(jì)會(huì)過早地出現(xiàn)故障。換句話說，LIC未能為峰值ESD電流提供充足的緩沖。

　　有時(shí)候，采用先前的技術(shù)不足以為給定電路板設(shè)計(jì)提供最大限度的ESD保護(hù)。原因在于流經(jīng)“片上”ESD結(jié)構(gòu)的電流過多，并且在I/O短接至GND或VCC時(shí)被損壞。

　　圖5有助于將它弄清楚，表明ESD器件和受保護(hù)的IC實(shí)際上共同承擔(dān)了來自于ESD脈沖的電流負(fù)載。該數(shù)值(負(fù)跡線電感)對應(yīng)于正ESD脈沖，其中保護(hù)器件吸收了大多數(shù)電流，但是它本質(zhì)上是一個(gè)帶有IC的電阻分壓器。

　　圖5

　　如圖5所示，IC上的軌對軌二極管負(fù)責(zé)將剩余的或“允通”電流導(dǎo)入VCC(它一般會(huì)通過旁路電容器回到GND)。很難確定什么樣的等效電阻適于為IC實(shí)現(xiàn)ESD保護(hù)，但是無疑比板上ESD器件高得多。
　例如，如果將10Ω的電阻用于實(shí)現(xiàn)片上保護(hù)(RCHIP)，1Ω的RDYNAMIC用于外部ESD保護(hù)器，那么流經(jīng)IC的峰值電流應(yīng)該是：

　　為了幫助降低流入IC的峰值電流，可以將電阻器串聯(lián)在外部ESD器件和IC之間，如圖6所示。

　　圖6

　　通過增加10Ω的緩沖電阻，就可以將流入IC的峰值電流降低約50%(如本例)。

　　很顯然，電阻可以增加10Ω以上，從而進(jìn)一步降低了允通電流。通常，最高電阻由應(yīng)用要素決定。

　　還應(yīng)注意，在將這種技術(shù)用于高速應(yīng)用(如HDMITM和USB3.0)時(shí)更要小心。RBUFFER電阻器會(huì)干擾線路阻抗，使信號衰減的程度超出了2種標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性規(guī)范所規(guī)定的范圍，但是精心的電路板設(shè)計(jì)可以抵消任何不良影響。盡管如此，電路板設(shè)計(jì)者還是應(yīng)該將這種技術(shù)保存在工具箱內(nèi)，并在電路板或在系統(tǒng)ESD等級降至要求以下時(shí)使用。

　　結(jié)論

　　如今，現(xiàn)代芯片集對ESD瞬變導(dǎo)致的損壞比以往任何時(shí)候都更敏感。由于小型工藝技術(shù)的原因，這些IC需要穩(wěn)定的外部ESD解決方案以便經(jīng)受住在系統(tǒng)ESD測試的考驗(yàn)。

　　本文介紹了4種電路板設(shè)計(jì)者可以用來優(yōu)化ESD解決方案的策略或規(guī)程。

　　1. 縮短寄生“截?cái)?rdquo;跡線的長度或LESD。

　　2. 縮短GND跡線長度和/或減少使用的通孔數(shù)量以便縮短LGND。

　　3. 讓特定設(shè)計(jì)上的LIC/LPORT比盡可能地小。

　　4. 如果1Ω-3Ω的電阻不夠，則在ESD器件和IC直接添加緩沖電阻器。

　　所有這些方法均旨在降低流經(jīng)IC的電壓，以及限制片上ESD結(jié)構(gòu)必須處理的電流。按照這些簡單規(guī)則行事能夠?yàn)殡娐钒逶O(shè)計(jì)者提供更穩(wěn)定、超出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的ESD解決方案。