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一粒金砂(初级)

如何应用TVS二极管优化ESD防护电路 [复制链接]

便携式设备的ESD保护十分重要,而TVS二极管是一种十分有效的金检机保护器件,与其它器件相比有其独特的优势,但在应用时应当针对不同的保护对象来选用器件,因为不同的端口可能受到的静电冲击有所不同,不同器件要求的保护程度也有不同。要注意相应的参数鉴别以及各个生产商的不同设计,同时还要进行合理的PCB布局。本文介绍在便携式设备的ESD保护中如何应用TVS二极管器件。

便携式设备如笔记本电脑、手机、PDA、MP3播放器等,由于频繁与人体接触极易受到静电放电(ESD)的冲击,如果没有选择合适的保护器件,可能会造成机器性能不稳定,或者损坏。更坏的情况是查不出确切的原因,使用户误认为是产品质量问题而损坏企业信誉。

一般情况下,对此类设备暴露在外面可能与人体接触的端口都要求进行防静电保护, 如键盘、电源接口、数据口、I/O口等等。现在比较通用的ESD标准是IEC61000-4-2,应用人体静电模式,测试电压的范围为2kV~15kV (空气放电),峰值电流最高为20A/ns,整个脉冲持续时间不超过60ns。在这样的脉冲下所产生的能量总共不超过几百个微焦尔,但却足以损坏敏感元器件。

便携式设备所采用的IC器件大多是高集成度、小体积产品,精密的加工工艺使硅晶氧化层非常薄,因而更易击穿,有的在20V左右就会受到损伤。传统的保护方法已不再普遍适用,有的甚至还会造成对设备性能的干扰。

对于便携式设备来说,各类集成电路的复杂性和精密度的提高使它们对ESD也更加敏感,以往的通用回路设计也不再适合。在使用TVS二极管保护ESD损害的同时,必须配合合理的PCB布局。

首先是要避免自感。对于ESD这样巨变突发的脉冲,很可能会在回路中引起寄生自感,进而对回路形成强大的电压冲击,并可能超 出IC的承受极限而造成损伤。负载产生的自感电压与电源变化强度成正比,ESD冲击的瞬变特征易于诱发高强自感。减小寄生自感的基本原则是尽可能缩短分流 回路,必须考虑到包括接地回路、TVS和被保护线路之间的回路以及由接口到TVS的通路等所有因素。所以TVS器件应与接口尽量接近,与被保护线路尽量接 近,这样才会减少自感耦合到其它邻近线路上的机会。

另外可应用下述原则对线路进行优化:

1.避免在保护线路附近走比较关键的信号线;

2.尽量将接口安排在同一个边上;

3.避免被保护回路和未实施保护的回路并联;

4.各类信号线及其馈线所形成的回路所环绕面积要尽量小,必要时可考虑改变信号线或接地线的位置;

5.将接口信号线路和接地线路直接接到保护器件上,然后再进入回路的其它部分;

6.将复位、中断、控制信号远离输入/输出口,远离PCB的边缘;

7.在可能的地方都加入接地点;

8.采用高集成度器件,二极管阵列不但可以大大节约线路板上的空间,而且减少了由于回路复杂可能诱发的寄生性线路自感的影响。

使用TVS二极管对便携设备实施ESD保护是一种方便、有效和可靠性高的途径,根据具体用途合理选择物料提升机参数和集成度是成功应用的关键,另外优化的PCB设计也是必不可少的。

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