保護(hù)電路板上電子元件的半導(dǎo)體器件

2 線路連接中應(yīng)注意的問題和傳統(tǒng)的保護(hù)器件

　　ESD電流波的特點(diǎn)是上速度升極快，因此電流在電路中通過時(shí)受電路中分散的寄生阻抗的影響很大。注意外部配置將確保集成電路的的良好性能，不同的集成電路，應(yīng)有不同的電路配置，例如，Maxim的接口電路建議以下各點(diǎn)：

　　根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模擬電路接線技術(shù)，把所有的旁路和電荷泵電容器盡量向集成電路靠近
　　在印刷電路上設(shè)置一個(gè)接地平面
　　使引線電感和電容最小化，并且使集成電路盡可能靠近電路板的I/O端口
　　
　　一個(gè)氣體放電抑制器有兩個(gè)電極，他們安置在一個(gè)充滿氣體的管子內(nèi)，彼此相距很近。當(dāng)高電壓（90，150，230，260和350V是典型的氣體管電壓）加到兩極時(shí)，管中的氣體發(fā)生電離，電路導(dǎo)通。在斷路狀態(tài)下，管子的電阻很大；導(dǎo)通時(shí)，電阻很小。氣體管導(dǎo)通速度相對(duì)來說較慢，但可承受很大的沖擊電流。遺憾的是。一些氣體管在經(jīng)受幾百次的沖擊后，就會(huì)燒掉。
　　
　　早期的氣體管靠放射性金屬使氣體始終保持部分電離。Semitron通過嚴(yán)格控制混合氣體和電極上的鍍層而研制出了一種無須放射性金屬的氣體管。
　　
　　金屬氧化物變阻器 （MOV）價(jià)格低廉，能夠通過大電流而不受損，且很耐用。然而，每導(dǎo)通一次，其性能就會(huì)下降，在超載狀態(tài)下，它將開路失效。MOV實(shí)際上是一種粉末壓實(shí)產(chǎn)品，人們普遍認(rèn)為它比半導(dǎo)體器件的反應(yīng)速度慢（但并不是絕對(duì)如此）。
　　
　　理想狀態(tài)下，一個(gè)分支保護(hù)器件的電容應(yīng)當(dāng)為零。典型的氣體放電管的電容是1~2.5pF，而半導(dǎo)體器件的電容范圍為100~5000pF。

3 新型的瞬變電壓抑制器及其工作機(jī)理

　　瞬變電壓抑制器（TVS）是特別設(shè)計(jì)用來提供過壓保護(hù)的二極管。TVS 二極管的特點(diǎn)是：電流調(diào)節(jié)能力強(qiáng), 工作電壓和箝位電壓低、實(shí)際反應(yīng)時(shí)間快。這些特點(diǎn)使得它成為電路板保護(hù)的理想器件。TVS目前已有零售和大批量供應(yīng)。
　　
　　Motorola研制的共陽極單片雙SOT-23封裝的齊納二極管，其特征是：兩個(gè)齊納 SOT-23在同一個(gè)封裝中，承受電壓的范圍是10V~91V。Motorola同時(shí)還宣布其傳統(tǒng)產(chǎn)品的《Technical Zener Handbook》已經(jīng)更新。
　　
　　Maxim研制出的電路板保護(hù)器件是和受保護(hù)電路串聯(lián)的，而不是并聯(lián)的。MAX366和MAX367是多功能的兩端的電路保護(hù)器件。被串聯(lián)于信號(hào)線里的每一個(gè)這種兩端的保護(hù)器件保護(hù)的電壓范圍：接近或超過常用的供電電壓直到40V。MAX366包括3個(gè)獨(dú)立的保護(hù)器件而MAX367則有8個(gè) 保護(hù)器件，應(yīng)用它們能夠保護(hù)單極（4.5V~36V）或雙極（± 2.5~± 18V）電源。這些器件是電壓敏感型的MOSFET晶體管陣列。加電時(shí)，導(dǎo)通；斷電時(shí)，開路。供以± 10V的電壓，導(dǎo)通電阻的最大值是100歐，溫度為25℃時(shí)，漏電流小于1nA。
　　
　　當(dāng)信號(hào)電壓超過或達(dá)到任何一個(gè)電源電壓附近1.5V左右時(shí)，保護(hù)器兩端電阻明顯增大（無論電源是接通還是斷開時(shí)），從而限制了過大的電流和輸出電壓。受保護(hù)的一端保持了正確的極性并且將電壓箝制在電源電壓范圍的1.5V以下，沒有“閃爍”或極性反向等現(xiàn)象發(fā)生。
　　
　　AD公司也生產(chǎn)串聯(lián)保護(hù)器。單路、三路、八路介質(zhì)隔離的通道保護(hù)器件，不管在斷開還是接通電源的情況下，都能對(duì)后續(xù)器件提供自動(dòng)電路保護(hù) 。當(dāng)輸入電壓超過用戶選擇的電源極限電壓時(shí)，ADG46×系列可自動(dòng)地將一個(gè)內(nèi)部的開關(guān)斷開，ADG46×系列可承受的連續(xù)輸入電壓范圍為± 35V。單通道的ADG465型，三通道的ADG466型以及八通道的ADG467型器件在雙極性和單極性電源下都能工作。ADG465的接通電阻為50歐，ADG466和ADG467為100歐，輸入漏電流規(guī)定為+500nA（最大值）。
　　
　　可控硅保護(hù)器件就象一個(gè)沒有門的閘。當(dāng)發(fā)生瞬變時(shí)，在可硅硅瞬變保護(hù)器件兩端的電壓將會(huì)增大直到達(dá)到它的導(dǎo)通電壓。在這時(shí)，器件將工作于雪崩方式，這使瞬變電壓被限制而只增加少許，這是因?yàn)槠骷D(zhuǎn)移了大量的電流。當(dāng)瞬變電流上升時(shí)通過器件的電流將達(dá)到極大的水平，導(dǎo)致器件切換到全導(dǎo)通狀態(tài)。在該狀態(tài)時(shí)，器件兩端只有少許電壓，從雪崩方式切換到全導(dǎo)通狀態(tài)的電壓通常稱為擊穿電壓。（Breakover Voltage）。
　　
　　當(dāng)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，由于器件兩端的電壓很低，從而限制了在這些器件上的功耗，因而可分流很大電流而不損壞。使該器件重新恢復(fù)到非導(dǎo)通狀態(tài)是由電流來控制的，當(dāng)電流跌落到某一稱為“保持電流”以下的數(shù)值時(shí)器件自動(dòng)恢復(fù)。
　　
　　N基片和P基片的可控硅器件有一些區(qū)別。P 基片適用于低電壓（150伏以下），因?yàn)樗鼈冊(cè)趽舸╇妷簳r(shí)的動(dòng)作與P基片的有些不同；P基片的器件在擊穿時(shí)更“銳利”。 在電壓高于150伏時(shí)， N基片的器件顯得更耐用一些。
　　
　　可控硅提供給電路的是二級(jí)保護(hù)。因?yàn)樗鼈兪且粋€(gè)半導(dǎo)體器件，工作很快，而且可以維持相對(duì)大的電流。當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)火花時(shí)，器件立即將它箝位到一個(gè)初始的導(dǎo)通電壓。如果火花具有相當(dāng)大的能量，則可控硅再擊穿至全導(dǎo)通狀態(tài)。在這個(gè)狀態(tài)，器件兩端的電壓僅有2~4V。

4 電話設(shè)備中的保護(hù)器件

　　據(jù)SGS-Thomson微電子公司稱，通訊系統(tǒng)特別容易因雷電感應(yīng)的脈沖而損壞。電話公司必須使用兩級(jí)保護(hù)：在每根線上的第一級(jí)抑制器吸收過電壓瞬變的主要部分，第二級(jí)保護(hù)器件安裝在單個(gè)的抑制電路板上以除去剩余的過電壓脈沖。第一級(jí)抑制器必須具有很強(qiáng)的抑制電流浪涌的能力，并能經(jīng)受高電壓。因此，傳統(tǒng)的解決辦法是采用氣體放電管或者碳放電隙技術(shù)。來自SGS-Thomson 公司生產(chǎn)的表面安裝CLP200M保護(hù)器件可為電話線提供瞬變過壓和過流保護(hù)。這種器件適用于模擬和ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)）線卡以及PABX系統(tǒng)、主分配機(jī)構(gòu)等。一級(jí)保護(hù)模塊的峰值脈沖電流額定為100A，寬度是10~1000m S。器件符合Bellcore TRNWT-000974和CCITT K20標(biāo)準(zhǔn)，因此可提供可靠的抗雷電脈沖高達(dá)4kV的保護(hù)以及由于線間耦合或碰線引起的更持久的的保護(hù)。
　　
　　數(shù)字式 T1/E1電話線路以其低廉的成本和優(yōu)越的性能很快取代了傳統(tǒng)的模擬式線路。其結(jié)果是，Tl/El線現(xiàn)在被越來越多地用于電話公司的受到保護(hù)的中心辦公室以外的環(huán)境，使它主要為線卡設(shè)計(jì)者所用，以便在他們的設(shè)計(jì)中包括適當(dāng)?shù)乃沧儽Ｗo(hù)。
　　
　　SGS-Thomson公司還提供SMP75-8，它是一種低壓雙向瞬變抑制器，這是為Tl/El數(shù)字電話和類似應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一級(jí)保護(hù)產(chǎn)品。在上述的兩種應(yīng)用中高速的數(shù)字信號(hào)處于雷電感應(yīng)脈沖以及其它瞬變電壓的環(huán)境之中。典型的器件線卡的放電保護(hù)功能可由另外兩種器件來實(shí)現(xiàn)：一種是DA108S1二極管陣列，它可以保護(hù)S