付出正確的電路保護費

　　摘要：本文通過采用合適的過電流和過電壓保護元件，生產(chǎn)商可保證其產(chǎn)品成為用戶生活不可或缺的一部分。選擇正確的保護元件也保證了各應(yīng)用產(chǎn)品符合安全和功能因素相關(guān)的規(guī)章條例的要求。

　　許多用戶都沒有意識到他們自己每天在使用的電子設(shè)備存在著最大的風(fēng)險。電路保護是所有電子設(shè)備必有的特性——不論是車載、家用或是工用電子設(shè)備——因為只要人體接觸含敏感電子半導(dǎo)體的器件，就會出現(xiàn)ESD(靜電放電)現(xiàn)象。

　　如果周圍的空氣特別干燥，比如天氣正好非常炎熱或非常寒冷，剛把手從汽車方向盤后移開時，若觸碰到金屬車門，就會有電擊感。這種電擊感，對司機來說不過是無傷大雅的不適感，但對敏感電子設(shè)備來說，其影響要大得多。想象一下，當拿起手機或平板電腦，卻發(fā)現(xiàn)有些按鍵或數(shù)據(jù)端口失靈了?，F(xiàn)實生活中凡此種種令人頭痛的事情，可能就是由于電子器件而非車體金屬遭受類似的電擊而導(dǎo)致的直接后果。

　　雖然靜電放電(ESD)不會導(dǎo)致手機“爆炸”之類的災(zāi)難性事故，但是沒有靜電放電(ESD)保護，手機很可能難以對鍵盤或按鈕輸入做出有效反應(yīng)。同樣，靜電放電(ESD)損傷會導(dǎo)致USB或以太網(wǎng)之類的接口端口在與其他設(shè)備連接時難以發(fā)揮正常的功效。

　　1 靜電放電(ESD)背后的物理學(xué)

　　ESD(靜電放電)事件均可追溯為稱作摩擦帶電的現(xiàn)象，兩種材料彼此接觸而后迅速分開即可產(chǎn)生摩擦帶電現(xiàn)象。由于兩種材料的電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，一個積聚正電荷，另一個積聚負電荷。電荷的產(chǎn)生了取決于數(shù)種因素，包括接觸面積、分離速度、相對溫度和材料化學(xué)性質(zhì)。盡管這種過程每天發(fā)生數(shù)千次，但卻無人注意，除非放電量足夠大，致使人體感到輕微短暫的不適，例如橫過地毯或抓握門把手。生成的電荷電壓從數(shù)百伏到數(shù)萬伏不等。表1所示即為產(chǎn)生靜電荷電壓的實例。

　　鑒于半導(dǎo)體芯片的尺寸變得越來越微型化，靜電放電(ESD)影響已成為當今尖端但成本敏感的電子消費產(chǎn)品難以解決的問題。如今，能夠提供ESD保護的構(gòu)件太大，并且在成本上與構(gòu)成集成電路組件的硅集成電路(IC)關(guān)系較大。其結(jié)果是，集成電路(IC)供應(yīng)商移除或大大縮減內(nèi)置ESD保護電路部分。問題是，集成電路一旦組裝到電子消費產(chǎn)品中，離開了生產(chǎn)時的受控環(huán)境，它們很可能會受到未受控制的ESD事件的影響。

　　此外，盡管集成電路(IC)生產(chǎn)商在歷史上曾使用特別是與生產(chǎn)環(huán)境有關(guān)的ESD測試模型(MIL-STD-883、方法3015：人體模型)，但設(shè)備生產(chǎn)商——對業(yè)內(nèi)ESD事件有所考慮——卻使用IEC(國際電工委員會)規(guī)定的更為嚴苛的模型，即IEC 61000-4-2標準。本文中，多數(shù)集成電路(IC)供應(yīng)商在500V下利用人體模型(HBM)對其產(chǎn)品進行測試，而終端用戶設(shè)備生產(chǎn)商根據(jù)IEC 61000-4-2標準在8000V(或以上)下進行測試。

　　表1比較了多數(shù)芯片組供應(yīng)商使用的HBM(人體模型)ESD電流，他們以此預(yù)防IEC 61000-4-2列舉的環(huán)境ESD事件，這些事件多數(shù)用戶會在不覺間引入電子消費器件。

　　很明顯，最壞情況下的HBM ESD峰值電流遠遠低于IEC 61000-4-2規(guī)定的最壞情況下ESD峰值電流(見表2加粗的數(shù)字)。

　　與HBM所述的8kV事件相比，IEC 61000-4-2規(guī)定的8kV事件暗指電流為其5.6倍。芯片組能夠通過HBM測試的——用于生產(chǎn)環(huán)境——不能保證適應(yīng)實際應(yīng)用，因為ESD的影響更加嚴重。最后，如前文所述，大多數(shù)集成電路(IC)供應(yīng)商利用人體模型僅測試到500V。如果在實際應(yīng)用中暴露在8kV ESD瞬變電壓中，芯片組面臨的電流會增加近100倍，除非集成電路(IC)設(shè)計包含ESD保護，否則這種程度的電流足以決定芯片組的命運。

　　近年來，應(yīng)用測試要求越來越嚴苛，以致于8kV ESD事件如今已成為最低水平。測試等級正在向20kV、甚至30kV發(fā)展，但同時，集成電路(IC)供應(yīng)商卻在芯片組設(shè)計中取消了電路保護，從而釋放硅元面積，以提供更多功能。以下數(shù)字表明了芯片組內(nèi)置ESD水平和在實際應(yīng)用中可能遭受的ESD影響水平之間的差距，強烈反映出不斷增長的需求對于追加ESD保護的需要。