直線斜率是ESD保護(hù)的關(guān)鍵

　　隨著電子產(chǎn)品中的電子元件不斷縮小，電路變得越來(lái)越靈敏、越來(lái)越難以保護(hù)，因?yàn)檫@些元件在制造時(shí)采用了深亞微米硅處理工藝。瞬態(tài)過壓事件會(huì)導(dǎo)致軟故障、潛在故障，甚至災(zāi)難性故障。靜電放電，即通常所說(shuō)的ESD事件，就是常見的瞬態(tài)過壓。事實(shí)上，現(xiàn)在半導(dǎo)體廠商生產(chǎn)的集成電路通常配有最低水平的ESD保護(hù)，只是這種保護(hù)水平一般比較低(500V)。而且在用戶手中使用時(shí)，所采用的ESD測(cè)試模型也與業(yè)內(nèi)所見的迥然不同。

　　作為設(shè)計(jì)工程師，需要注意的是，產(chǎn)品在日常使用過程中，會(huì)出現(xiàn)較高的ESD威脅。例如，當(dāng)人們從地毯上走過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超過15kV的ESD,如果這種程度的ESD被釋放到USB端口，那么芯片內(nèi)的保護(hù)電路會(huì)嚴(yán)重受損，進(jìn)而損傷保護(hù)電路所保護(hù)的電路系統(tǒng)，USB會(huì)因此而失效，無(wú)法使用。

　　所需的敏感電路保護(hù)

　　一個(gè)典型的例子表明，全球電子制造商與其元件供應(yīng)商之間合作的密切程度是找到問題解決方法的關(guān)鍵：去年，一家電子消費(fèi)品、移動(dòng)通信和家電市場(chǎng)龍頭制造商聯(lián)系力特(Littelfuse)幫助他們解決一個(gè)潛在的嚴(yán)重問題。他們查明，一個(gè)關(guān)鍵的集成電路經(jīng)常遭受通過USB端口的損壞。這個(gè)集成電路通過提供WiFi連接使液晶電視變得“智能”.這家公司已對(duì)多個(gè)不同的器件進(jìn)行的測(cè)試，只能取得最大3.5kV的系統(tǒng)靜電放電抗擾度。其他公司的ESD解決方法都不能滿足其保護(hù)要求。在調(diào)查了設(shè)計(jì)及了解了目標(biāo)ESD抗擾度水平后，力特確定，能夠提供一種能滿足其需要的器件。

　　圖1:通用I/O端口靜放電電流路徑。

　　力特在中國(guó)無(wú)錫設(shè)立的生產(chǎn)和測(cè)試中心為該公司確定了合適的解決方案。在進(jìn)行應(yīng)用級(jí)別的試驗(yàn)的過程中，力特展示了系統(tǒng)級(jí)別性能的動(dòng)態(tài)電阻的重要性。動(dòng)態(tài)電阻是抑制器的有效電阻，同時(shí)也能抑制ESD脈沖。這是確定器件對(duì)ESD脈沖的分流情況有多好的關(guān)鍵因素，對(duì)ESD進(jìn)行分流最終可確定集成電路是否能得到保護(hù)。[!--empirenews.page--]

　　另一種相應(yīng)的方法是，測(cè)試保護(hù)器件V-I曲線具有多緩多陡的坡度，其決定動(dòng)態(tài)電阻的高低。通過測(cè)試大批動(dòng)態(tài)電阻不同的現(xiàn)成器件，可確定動(dòng)態(tài)電阻約為0.25Ω(以TLP或傳輸線脈沖測(cè)定)的器件足可以保護(hù)集成電路。最終，力特確認(rèn)自己可以按需要的波形系數(shù)設(shè)計(jì)一種新型器件，其動(dòng)態(tài)電阻十分接近相應(yīng)的要求，同時(shí)電容又足夠低，可以保持USB端口信號(hào)的完整性。

　　SP3031誕生

　　4個(gè)月后，我們成功研制出SP3031-01ETG.SP3031-01ETG包含2個(gè)低電阻導(dǎo)向二極管，另外還有一個(gè)箝位TVS二極管，三者全都集裝在大小僅為1.0×0.6mm的0402管殼內(nèi)。通常，電容和動(dòng)態(tài)電阻彼此互不相容。二極管越大，電容就越大，但相應(yīng)地，額外區(qū)域提供的動(dòng)態(tài)電阻會(huì)比較低。因此，很多時(shí)候，客戶只得舍棄信號(hào)完整性(即高電容)，來(lái)取得較低的動(dòng)態(tài)電阻(即較好的箝位)。在這種特殊情況下，高速USB可以約1~2pF的電容運(yùn)行，但客戶的目標(biāo)是小于1pF,以保證最低程度的信號(hào)完整性。除此之外，該目標(biāo)還要求較低的動(dòng)態(tài)電阻值，而這一般常見于電容為15~20pF的產(chǎn)品中。這種新的解決方案要求使用專利半導(dǎo)體處理工藝和硅設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　事實(shí)證明，如果客戶能夠與其元件供應(yīng)商在其位于中國(guó)的制造地會(huì)面，親眼目睹測(cè)試的進(jìn)行以及元件與整個(gè)系統(tǒng)的相互配合，情況可能會(huì)更好。這是一次可以更好地了解單個(gè)ESD部件，與整個(gè)系統(tǒng)ESD抗擾度之間的關(guān)系及性能的機(jī)會(huì)。

　　圖2:動(dòng)態(tài)電阻圖示。

　　SP3031現(xiàn)在已進(jìn)入批量生產(chǎn)，并于2013年底發(fā)貨裝運(yùn)。得知2015年相關(guān)款式的電視可能要求更高水平的ESD抗抵度(可能是6kV)，力特正在努力設(shè)計(jì)新型保護(hù)元件，通過進(jìn)一步降低系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電阻，降低箝位電壓，同時(shí)又保持較低電容和信號(hào)完整性來(lái)滿足上述要求。通過此次范例分析，我們可得出結(jié)論：保護(hù)60寸智能電視不受ESD侵?jǐn)_可采用0.6mm2硅。