便携应用ESD保护方案.doc

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1、便携应用ESD保护方案便携应用ESD保护方案随看手机等便携设备中具备更多的功能，可供静电放电(ESD)电压进入的潜在输入输出(I/O)通道更趋众多，包括键盘、按键、SIM卡、电池充电、USB接口、FM天线、LCD显示屏、耳机插孔、FM天线等众多位置都需要ESD保护。根据电容及数据率的不同，便携设备的ESD保护应用领域可分为大功率、高速和极高速等三个类型，其电容分别为大于30pF、介于1至30pFZ间和小于1pF,参见表1。由此表中可见，速度越高的应用要求的电容也越低，这是因为高速应用中更需要维持信

2、号完整性及降低插入损耗。表1：便携设备ESD保护应用分类及典型保护产品(其中红色字体为领先产品)。便携设备最有效的ESD保护方法从保护方法来看，一种可能的选择是芯片内建ESI)保护，但日趋缩小的CMOS芯片□经越來越不足以承受内部2kV等级ESD保护所盂要的面积，故真正有效的ESD保护不能完全集成到CMOS芯片Z中。另外，虽然通过在物理电路设计及软件设计方面下功夫，可以发挥一些作用，但总有部分重要电路较为敏感，很难与外部隔离，故最有效的ESD保护方法还是在便携设备的连接器或端口处放置保护元件，将极

3、高的ESD电压钳位至较低的电压，以确保电压不会超过集成电路(IC)内氧化物的击穿电压，保护敏感IC。在正常T作条件下，外部ESI)保护元件应该保持在不动作状态，同时不会对电子系统的功能造成任何影响，这可以通过维持低电流以及低电容值来达成。而在ESD应力冲击或者说大电流冲击条件下，ESD保护元件的第一个要求就是必须能够正常工作，要有够低的电阻以便能够限制受保护点的电压；其次，必须能够快速动作，这样才能使上升时间低于纳秒的ESD冲击上升时间。外部保护元件比较及其性能测试应用高逮电容1・3QpF极高速电

4、容CpF保护方向及電向保护位鱼键盘.按證、充电纹矗、单向USB11-USB20全理、埠绘SI!』宇、电迪笔赏會頼曲，F屈天拔ITS82O$JSOD-523,WDI•叫£ESD5Z對藝SOD-523,WF-N-P註藝ESD5B型产其装典护及封保SOT-723.SOT-5x3封装EGD9X.pESD,NZQAuckxXV5,NUP5120SOD-923.SCT-723.3053対裳ESDW7M.ESDSB.MZQA«xAXV5NUP515^USOD-$23.SOT-723.sui<«3封装ES0917

5、1-HUP2114-4NUP3115,HUP401Z0201.SO"123、SOT-3X3ESD11B.NUP4XXXP50201.SO"123、807-9x3MJgESD11L.E3D1V；.HIFP4016常见的外部保护元件冇压敏电阻、聚合物和硅瞬态电压抑制器(TVS)等，它们所米用的材料分别是金属氧化物、带导电粒子的聚合物和硅。压敏电阻在低电压时，呈现出高电阻，而在较高电压时电阻会下降。常导电粒子的聚合物在正常电压下相当高的电阻，但当遭受ESD应力时，导电粒子间的小间隙会成为突波音隙阵列，从

6、而带来低电阻路径。TVS则为采用标准与齐纳二极管特性设计的硅芯片元件。TVS元件主要针对能够以低动态电阻承载大电流的要求进行优化，由于TVS元件通常采用TC方式生产，因此我们可以看到乞种各样的单向、双向及以阵列方式排列的单芯片产品。在这几种外部保护元件中，TVS元件的大电流导电率极佳，且在巫复应力条件卜-仍能维持优异性能，不存在压敏电阻或聚合物等其它保护元件使用增多后会出现性能下降的问题，而且新的ESD元件具冇极低的电容，非常适合高速数据线路的ESD保护。而越是高速的应用，越是要求ESD保护元件具

7、有更低的电容及更低的钳位电压。图1：安森美半导体集成硅ESD保护元件拥有比竞争器件更优的钳位电压性能。电子系统必须能够在IEC61000-4-2标准测试条件下存续。为了对上述几种外部ESD保护元件进行更加直接的比较，对压敏电阻、聚合物、安森美半导体半导体硅保护元件及性能最接近的硅竞争器件，首先施以IEC61000-4-2±8kVESD接触放电脉冲，并通过示波器截取其ESD钳位电乐波形进行比较，可以发现安森美半导体的硅ESD保护元件拥冇低得多的钳位电压，不仅优于压敏电阻和聚合物等无源元件，更优于性能

8、最接近的硅竞争器件，参见图1。此外，便携设备可能遭受多次的ESI)电压应力，这在中国北方地区表现得犹为显眼。因为，外部保护元件在多种ESD应力条件的性能犹为重要，直接决定着便携产品的可靠性。因此，同样可以对压敏电阻、聚合物和硅ESD二极管等保护元件在Tesec直流测试条件下测试,每个元件都施以总计2,000次的15kV接触放电ESD脉冲(正向及负向各1,000次)，每两次脉冲的时间间隔为0.1秒。表2所示的测试结果显示，安森美半导体的硅集成ESD保护元件在多垂应力条件下仍然维持极佳