MAX2140內(nèi)部ESD二極管的保護電路設(shè)計

概述

在進行裝配、測試和故障處理時,有時需要對MAX2140 SDARS接收器進行非標準操作。其中一個例子就是熱插拔操作,即在不關(guān)閉電源的情況下,直接將該器件與電路進行連接或斷開連接。熱插拔操作在汽車電子領(lǐng)域尤其常見,因為部件的模塊化設(shè)計,模塊之間的距離以及多個系統(tǒng)同時工作的需求,常常需要重新連接模塊。

熱插拔操作如何導(dǎo)致二極管失效

熱插拔操作會導(dǎo)致瞬變,包括較大的電壓、浪涌電流、振鈴以及極性倒置。而這些瞬態(tài)過程的背后是能量交換、有限的充電/放電時間和自激等物理現(xiàn)象。

圖1所示是MAX2140的一個熱插拔操作

在進行熱插拔操作時,電纜接頭會產(chǎn)生壓降(如圖中紅色箭頭所示)。與此同時,天線模塊內(nèi)部的旁路電容呈短路狀態(tài)。這樣就會導(dǎo)致MAX2140電氣地的電位高于天線模塊的電氣地。而MAX2140的內(nèi)部ESD二極管與該IC的接地引腳16連接,所以這種地電位差就會在該二極管上產(chǎn)生一個短時間的正向電壓。該正向電壓的尖峰可能會超過器件的絕對最大額定值,即所謂的電過載(EOS)。二極管的正向電壓規(guī)定為-0.3V到+4.3V (VCC_xx至GND、 VINANT至GND、AGCPWM至GND、VOUTANT至GND)。設(shè)計仿真表明-1.3V、電流為72mA時允許短時間的工作。

防止ESD二極管失效的設(shè)計

防止EOS的方法因具體應(yīng)用的不同而不同。這里所推薦的是一些常規(guī)設(shè)計改進措施：

避免使用過多的電抗,如：儲能元件、旁路電容、RF噪聲抑制電感、較長的連接線等。

使浪涌電流繞行：為每一模塊提供較短的直接接地路徑;增加外部二極管,使其與內(nèi)部二極管并聯(lián);將二極管跨接在大的線圈上。

順序供電：按順序依次打開電源;為內(nèi)部用戶推薦可編程延遲(Maxim擁有眾多的電源排序產(chǎn)品)。

以下設(shè)計實例(圖2)表示具有本地環(huán)路的MAX2140,增添的肖特基二極管能夠旁路浪涌電流。

具體的設(shè)計改進措施是：

MAX2140接收器和天線模塊之間的電纜只有0.5的電阻而沒有電感。

天線模塊具有一個100μF的旁路電容。

天線模塊的5V電源由MAX2140接收器提供。

讀者可能會問,在最初的40μs瞬態(tài)過程中,通過電容的最大電流和電纜的最大壓降分別是多少。這些值可以通過以下表達式得到：

該例子在電流為12.5A時電壓是6.25V,遠遠超過了內(nèi)部ESD二極管能夠允許的瞬態(tài)指標。外加一個肖特基二極管可以將瞬態(tài)過程中的絕大多數(shù)浪涌電流旁路掉。可以選擇適合脈沖應(yīng)用的肖特基二極管,基于圖2設(shè)計,當用一個適當電容將最大浪涌電流減小到一個可接受的范圍時,使用一段短電纜即可以顯著減小阻抗和壓降。

結(jié)論

對于器件的非標準使用(如MAX2140接收器的熱插拔操作)中出現(xiàn)的問題,我們需要用相應(yīng)的方法來解決。為了成功實現(xiàn)器件的非標準使用,必須在Maxim支持和同意的情況下,對產(chǎn)品進行認真的設(shè)計和合理的測試。