元器件選型(一)ESD、TVS參考資料


    許多開發人員都遇到過這樣的情況:在實驗室開發好的產品,測試完全通過,但到了客戶手里用了一段時間之后,出現異常現 象,甚至是產品失效需要返修,並且故障率往往也不高(1%以下)。一般情況下,以上問題大都由於浪涌沖擊、ESD沖擊等原因造成。

    ESD抑制器是目前最新一代防靜電產品(98年由軍工轉民用,現行業內已經全面鋪開),由聚合物(POLYMER)電壓誘變材料和高電分子材料核心制成的新型固體電子元件。其最大的特點就是物理放電無使用壽命的限制,再加上其反應快速(<1 ns), 超低電容 (<0.15pF),超低漏電流(<1nA),信號高保真度,損壞為開路狀態以及其優異的性價比等優勢,近些年來已經逐步替代傳統的齊納二極管(TVS)元件。

 

2.關於ESD器件的選擇最關鍵的參數是哪些?該參數代表了什么?

選擇合適的ESD保護器件,最大的難點在於如何最容易地明確哪種器件可以提供最大的保護。系統供應商一般是通過數據手冊上的ESD額定值(或標稱值)來比較ESD保護器件的好壞。事實上,從這些額定值根本看不出器件保護系統的能力有多強,關鍵取決於其二極管參數。

1)Working  Voltage  (Vdc) 即ESD元件正常運行的工作電壓,其作為選型的硬性指標但不是關鍵指標,所選的元件之工作電壓只要等於或大於元件使用位置的工作電壓即可,如USB的工作電壓為5V,只要選等於或大於5V的ESD元件來作防護即可

 

2)Trigger  Voltage(Vv)即ESD元件的觸發電壓,即電壓要達到此參數元件才工作,所以此參數是衡量ESD元件靈敏度的關鍵因素,此參數越低越好,此參數也是POLYMER ESD工藝的難點所在。

 

3)Clamping   Voltage(Vc) 即ESD元件的鉗位電壓,即元件觸發后立即將高壓鉗制在此參數范圍內后傳遞到地面,此參數越低越好,也是工藝的難點所在。

 

TVS作為傳統的防ESD元件,有着不可比擬的優點:鉗位電壓低而准,但是行業標准要求一般的芯片都要有抗2K ESD的能力,所以實際上鉗位電壓值顯得就不那么重要了。

 

ESD抑制器(聚合物高分子材料)的最大缺點就是鉗位電壓做不到非常低,而且不能多腳共地類似於多通道TVS一樣,但這並不是最重要的性能指標。

 

抗ESD元件最重要的性能指標應該有: 

1.反應時間:因為ESD的速度是非常快的---幾nS至幾十nS不等,所以要求防靜電元器件的反應速度也要夠快,從這點而言,聚合物高分子材料的ESD抑制器是目前反應速度最快(<1 ns)的防ESD元件,而TVS基於二極管PN結的反應原理,在技術上一直沒有突破這個門檻

2.使用壽命:TVS基於二極管工作原理,受ESD沖擊次數的遞增(最好的約3千次靜電沖擊),其內阻ESR也會不斷升高而導至元件吸收ESD不完全而逐漸失效,這也是為什么一般電子產品在使用一年左右就會出現問題的原因之一;而聚合物高分子材料的ESD抑制器其工作原理是物理性質的從而突破了使用壽命的限制(約30萬次靜電沖擊的壽命),大大提高了元件的可靠性。

3.性價比:與ESD抑制器性能接近的TVS價格高出其好幾倍。

 

選擇ESD器件應該遵循下面的要求:

(1)選擇靜電保護器件注意:

  箝制電壓不要超過受保護器件的最大承受電壓

  電路電壓不超過保護器件工作電壓

  低電容值、漏電流盡可能的減少干擾及損耗

(2)靜電保護器件盡量安裝在最接近靜電輸入的地方,遠離被保護器件

(3)靜電保護器件一定接的大地線,不是數字地線

(4)回地的線路盡量的短,靜電保護器件與被保護線路之間的距離盡量的短

(5)盡量避免被保護與未被保護線路並排走線


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