ESD保護電路和原理

2022-11-07 19:22 作者:詩韻樂樂的阿康 0人讀過 | 我要投稿

在硬件設計電路中我們常常需要設計ESD保護電路，尤其是在接口電路中和通訊總線上。我們可以設計不同的電路用來保護器件免受 ESD的影響。?二極管鉗位和 SCR（silicon-controlled rectifier）硅控整流橋就是兩個常見的電路示例。

二極管鉗位

SCR

二極管鉗位的工作原理是正向偏置二極管或者利用二極管的反向擊穿電壓以使ESD 沖擊放電。

SCR 的工作原理是當瞬態(tài)輸入電壓很大時電路生成閂鎖效應。觸發(fā)后，SCR將起作用使得被保護接口連接到地，直至完全放電。從上面的結(jié)構(gòu)可以看出兩個二極管導通后他的放電回路的電容會非常小，常常用在高速電路中。

SCR算是比較特殊的ESD器件，一方面因為其屬于非常規(guī)器件，大部分情況下需要設計人員自己設計器件，這就會帶來設計上的風險。另外它擁有較高的觸發(fā)電壓和較低的保持電壓。較高的觸發(fā)電壓使得SCR難以觸發(fā)，而較低的保持電壓使得SCR極易進入閂鎖狀態(tài)。

雖然這兩種電路很常見，但在每個設計中并不完全相同。然而，所有 ESD電路的核心原理仍然是相同的。

即使相對較小的 ESD也會給不受保護的集成電路造成嚴重損壞。普通的集成電路一般最大只能承受大約 7 伏的電壓，而普通人只有在 ESD 放電超過 3,000 伏時才有感覺。所以ESD保護對于器件的安全使用至關(guān)重要

ESD測試

根據(jù)靜電的產(chǎn)生方式以及對電路的損傷模式不同通常分為四種測試方式：人體放電模式(HBM: Human-Body Model)、機器放電模式(Machine Model)、元件充電模式(CDM: Charge-Device Model)、電場感應模式(FIM: Field-Induced Model)，但是業(yè)界通常使用前兩種模式來測試(HBM, MM)。

ESD 保護分為兩類。器件級保護和系統(tǒng)級保護。

在制造過程中保護單個集成電路器件叫作器件級保護。這種類型的保護非常有限，一般制造商在芯片制造中已采取 ESD 預防措施。大多數(shù)標準邏輯器件都使用這類保護，并在數(shù)據(jù)表中通過人體放電模型 HBM 和充電器件模型 CDM 加以說明。比如下面的數(shù)據(jù)手冊中就根據(jù)標準定義了是HBM的class 2，和CDM的class 3.