加強ESD保護的技巧介紹

在本文章中，我們將介紹各種技巧，電路板設(shè)計者可以用它們幫助自己實現(xiàn)設(shè)計所需的ESD等級，從而保證所選的ESD保護器件能夠通過在系統(tǒng)ESD測試。

　　圖1

　　背景

　　現(xiàn)代電子設(shè)備(從LCD電視到手機)使用的很多芯片集都是采用130nm以下的工藝技術(shù)開發(fā)而成。這些技術(shù)的最低DC電壓容差超過3.3V，所以ESD脈沖對這類器件的影響是毀滅性的。并且，“板上”或“片上”ESD保護要求已降至500V，遠遠低于8kV 現(xiàn)場要求的典型值。

　　因此，考慮到小型芯片集的弱點，電路板設(shè)計者不僅需要外部ESD保護，還需要確保它足夠穩(wěn)定。如先前的白皮書所述，在受保護的數(shù)據(jù)線路或I/O引腳上安裝額定電壓為8kV的ESD器件并不能保證在系統(tǒng)測試時芯片集本身會通過8kV的電壓。

　　通常，ESD器件本身不會提供充足的保護，從而導(dǎo)致芯片集過早損壞。本白皮書提供了幾點指導(dǎo)意見，設(shè)計者可以用它來加強板上ESD保護。

　　器件布置與布局

　　器件位置和布局對于讓ESD保護器發(fā)揮最大效用具有至關(guān)重要的作用。為此，設(shè)計者最好了解各種寄生電感的板級效應(yīng)。還特別介紹了電感，因為8kV ESD(即30A)時，僅1nH的電感就會通過關(guān)聯(lián)在PCB跡線上產(chǎn)生30V的尖峰電壓。

　　在決定ESD器件布局時，應(yīng)該考慮4種寄生電感，即LESD、LGND、LIC和LPORT，其位置如圖2所示。

　　圖2

　　LESD和LGND能夠提高箝位電壓(或VIC)，而LIC和LPORT則對設(shè)計者有利。我們先介紹這2種有害電感。
　LESD和LGND

　　有時，電路板布局不允許將ESD器件直接安裝在PCB跡線上面。原因各異，但即使將ESD元件安裝在距離受保護數(shù)據(jù)線路1厘米遠的地方也可能會迅速轉(zhuǎn)化為幾十伏的電壓。GND總線也一樣。在某些設(shè)計中，ESD器件的GND必須穿過幾個通孔，甚至采用迂回路線到達接地面。除了流經(jīng)ESD器件的ESD電流產(chǎn)生的電壓以外，這兩種電感還會產(chǎn)生電壓尖脈沖(即IPEAK×RDYNAMIC)。

　　下述簡例說明了LESD和LGND對VIC的影響。在介紹該實例之前，應(yīng)該指出的是，常見的PCB生產(chǎn)工藝為典型的微帶跡線提供了約3nH/cm的電感(假定具有一定的寬度、厚度和介電常數(shù))。

　　考慮到這一點，我們假設(shè)具有8kV ESD脈沖和動態(tài)電阻為1Ω的ESD器件。并且，我們來看看2種不同的布局，即布局A和布局B，其中LESD=LGND=1.5nH(各0.5cm)，LESD=LGND=3.0nH(各1.0cm)。

　　圖3

　　因此，只需要將跡線長度(即LESD和LGND)從0.5cm增加到1cm就可以讓將VIC提高75%。圖3介紹布局B以及與各個元件有關(guān)的電壓。