高性能的便攜應(yīng)用ESD保護(hù)方案
隨著手機(jī)等便攜設(shè)備中具備更多的功能，可供靜電放電(ESD)電壓進(jìn)入的潛在輸入輸出(I/O)通道更趨眾多，包括鍵盤、按鍵、SIM卡、電池充電、USB接口、FM天線、LCD顯示屏、耳機(jī)插孔、FM天線等眾多位置都需要ESD保護(hù)。根據(jù)電容及數(shù)據(jù)率的不同，便攜設(shè)備的ESD保護(hù)應(yīng)用領(lǐng)域可分為大功率、高速和極高速等三個(gè)類型，其電容分別為大于30 pF、介于1至30 pF之間和小于1 pF，參見表1。由此表中可見，速度越高的應(yīng)用要求的電容也越低，這是因?yàn)楦咚賾?yīng)用中更需要維持信號完整性及降低插入損耗。
表1：便攜設(shè)備ESD保護(hù)應(yīng)用分類及典型保護(hù)產(chǎn)品(其中紅色字體為領(lǐng)先產(chǎn)品)。
便攜設(shè)備最有效的ESD保護(hù)方法
從保護(hù)方法來看，一種可能的選擇是芯片內(nèi)建ESD保護(hù)，但日趨縮小的CMOS芯片已經(jīng)越來越不足以承受內(nèi)部2 kV等級ESD保護(hù)所需要的面積，故真正有效的ESD保護(hù)不能完全集成到CMOS芯片之中。另外，雖然通過在物理電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)方面下功夫，可以發(fā)揮一些作用，但總有部分重要電路較為敏感，很難與外部隔離，故最有效的ESD保護(hù)方法還是在便攜設(shè)備的連接器或端口處放置保護(hù)元件，將極高的ESD電壓鉗位至較低的電壓，以確保電壓不會(huì)超過集成電路(IC)內(nèi)氧化物的擊穿電壓，保護(hù)敏感IC。
在正常工作條件下，外部ESD保護(hù)元件應(yīng)該保持在不動(dòng)作狀態(tài)，同時(shí)不會(huì)對電子系統(tǒng)的功能造成任何影響，這可以通過維持低電流以及低電容值來達(dá)成。而在ESD應(yīng)力沖擊或者說大電流沖擊條件下，ESD保護(hù)元件的第一個(gè)要求就是必須能夠正常工作，要有夠低的電阻以便能夠限制受保護(hù)點(diǎn)的電壓；其次，必須能夠快速動(dòng)作，這樣才能使上升時(shí)間低于納秒的ESD沖擊上升時(shí)間。
外部保護(hù)元件比較及其性能測試
常見的外部保護(hù)元件有壓敏電阻、聚合物和硅瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)等，它們所采用的材料分別是金屬氧化物、帶導(dǎo)電粒子的聚合物和硅。壓敏電阻在低電壓時(shí)，呈現(xiàn)出高電阻，而在較高電壓時(shí)電阻會(huì)下降。帶導(dǎo)電粒子的聚合物在正常電壓下相當(dāng)高的電阻，但當(dāng)遭受ESD應(yīng)力時(shí)，導(dǎo)電粒子間的小間隙會(huì)成為突波音隙陣列，從而帶來低電阻路徑。TVS則為采用標(biāo)準(zhǔn)與齊納二極管特性設(shè)計(jì)的硅芯片元件。TVS元件主要針對能夠以低動(dòng)態(tài)電阻承載大電流的要求進(jìn)行優(yōu)化，由于TVS元件通常采用IC方式生產(chǎn)，因此我們可以看到各種各樣的單向、雙向及以陣列方式排列的單芯片產(chǎn)品。
