靜電放電(ESD)是一種自然現(xiàn)象，其產(chǎn)生的電磁場會影響電子設備的正常運行。因此，在電子產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)過程中，ESD保護電路的設計至關重要。本文將詳細介紹ESD保護設計的要求及考慮因素，包括電路結(jié)構(gòu)、元器件選擇、布局布線、測試與優(yōu)化等方面。
雖然大多數(shù)ESD事件對人體無害，但它們可能會在某些工業(yè)制造環(huán)境中造成具有挑戰(zhàn)性和代價高昂的問題。靜電是電子行業(yè)和醫(yī)療設備制造行業(yè)、汽車制造行業(yè)和印刷行業(yè)以及需要潔凈室環(huán)境的其它行業(yè)的一個經(jīng)常會遇到的問題。ESD問題會減慢生產(chǎn)速度，對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生負面影響，吸引污染物并產(chǎn)生安全問題等。
很多人認為高的靜電電壓是導致ESD損害的重要根源。但是，實際上許多電子設備容易受到低壓ESD損壞。例如，硬盤驅(qū)動器組件對 10V的靜電放電相當敏感。
ESD事件發(fā)生時，盡管我們在電擊時可能感覺不到熱量，但是ESD事件發(fā)生時產(chǎn)生的瞬時熱量可能會非常高，。當靜電放電釋放到電子設備(例如半導體或擴展槽或卡)上時，電荷產(chǎn)生的熱量會熔化或蒸發(fā)部分微小部件，從而導致部件發(fā)生故障。
在制造過程中，靜電放電的預防基于靜電放電保護區(qū)(EPA)。EPA可以是小型工作站或較大的生產(chǎn)區(qū)域。EPA的主要原理是，在靜電放電敏感電子設備附近沒有高電荷的材料，所有導電和耗散材料都已接地，工作人員都已接地，并且可以防止在ESD敏感電子設備上積聚電荷。國際標準用于定義典型的EPA，例如可以從國際電工委員會(IEC)或美國國家標準協(xié)會(ANSI)中找到。
一、ESD保護電路的設計要求
有效性：ESD保護電路應能夠有效吸收、中和或?qū)б鼸SD能量，避免對內(nèi)部電路造成損害。
可靠性：ESD保護電路應能夠在多次的ESD事件中穩(wěn)定運行，不會出現(xiàn)疲勞或失效現(xiàn)象。
兼容性：ESD保護電路應與敏感電路兼容，不會對敏感電路產(chǎn)生不利的影響。
安全性：ESD保護電路應具有足夠的安全性，不會在ESD事件中產(chǎn)生危害性電壓或電流。
二、ESD保護電路的設計考慮因素
電路結(jié)構(gòu)
(1)橫向或縱向二極管：根據(jù)實際需求選擇橫向或縱向二極管。橫向二極管具有較高的耐壓和較低的泄漏電流，適用于高ESD防護要求的應用;縱向二極管具有較低的成本和較小的芯片面積，適用于中低ESD防護要求的應用。
(2)晶體管：根據(jù)實際需求選擇適當?shù)木w管，如MOSFET、BJT等。
(3)電阻、電容和電感等元器件：根據(jù)實際需求選擇適當?shù)碾娮琛㈦娙莺碗姼械仍骷?
元器件選擇
(1)選擇具有高耐壓、低泄漏電流的二極管和晶體管。
(2)選擇具有高靈敏度的觸發(fā)器和其他相關元器件。
布局布線
(1)合理的布局布線能夠減小ESD能量在電路內(nèi)部傳播的可能性，降低對其他電路的干擾。
(2)將ESD保護電路與敏感電路分開布置，并采用大面積接地等措施。
測試與優(yōu)化
(1)在完成ESD保護電路的設計后，應進行實際測試以驗證其性能。
(2)根據(jù)測試結(jié)果對電路進行優(yōu)化，以提高其ESD防護能力。
三、實際應用案例分析
以一個手機電路板為例，其中包含多個ESD保護電路。在設計過程中，采用了多種實現(xiàn)方法，包括總線控制方式、功率放大器方式和輸入輸出模塊方式等。在實際應用中，應根據(jù)具體需求選擇合適的實現(xiàn)方法，并進行測試和優(yōu)化，以提高ESD防護能力。
四、總結(jié)
本文詳細介紹了ESD保護電路的設計要求及考慮因素，包括電路結(jié)構(gòu)、元器件選擇、布局布線、測試與優(yōu)化等方面。在實際應用中，應根據(jù)具體需求選擇合適的實現(xiàn)方法，并進行測試和優(yōu)化，以提高ESD防護能力。
下載文檔
