ESD保护设计指南 - littelfuse

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已于 2025-10-16 15:20:58 修改 · 1.1k 阅读

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#图像处理 #硬件工程 #嵌入式硬件 #单片机

于 2025-09-28 08:48:28 首次发布

引言：

如今，电子设备的设计师们要求设备具备更多功能，同时拥有更强的灵活性以及更高水平的用户交互性。这些情况推动了适用于多种用户界面或端口的纳米级芯片组的发展。这些更小的尺寸与更广泛的应用类型相互结合，使得电子元件更容易受到静电放电（ESD）的影响，因此需要更可靠的解决方案。
静电放电标准：
MIL - STD - 883E，方法 3015.7
从历史上看，模拟和数字设计师一直被要求在芯片上设置静电放电防护，以在制造过程中保护集成电路（IC）。在制造环境中最常用的静电放电标准是 MIL - STD - 883E，方法 3015.7。它也被称为人体模型（HBM）。该模型通过一个 1500Ω 的电阻，将一个 100pF 的电容器放电到被测设备（DUT）中。下表指出了该标准中定义的四个测试等级。
在这里插入图片描述
直到 2007 年，典型集成电路所需的最高等级一直是 ±2 千伏，但如今这一等级已大幅降至 ±0.5 千伏。显然，这有助于芯片设计师节省宝贵的硅片面积以实现更多功能，但反过来，也使集成电路更容易受到静电放电（ESD）的损坏。

IEC61000-4-2
相反，设备制造商传统上会采用国际电工委员会（IEC）定义的静电放电标准来进行系统或应用级别的测试。该模型使用一个 150 皮法的电容器，通过一个 330 欧姆的电阻放电。下表展示了该标准中定义的接触放电的四个测试等级。
在这里插入图片描述
所有制造商都要求其设备至少通过 4 、8 kV ± 8 kV 等标准，但有些制造商正在寻求更高的可靠性，并要求其设备通过更高的 15kV 或 ±30kV ±等标准。
结论：与军用标准相比，IEC 定义的 ESD 测试产生了峰值电流的大幅增加。如果 IC 的额定值为 0.5kV pe 是 MIL-STD，并且设备制造商根据 IEC 规范在 8kV 下测试相同的 °C，则芯片的初始峰值电流将增加近 100 倍（即 0 .33A 与 30A）！最终，硬件或设备设计人员必须添加补充 ESD 设备，以保护这些敏感芯片组，以保护现场出现的高 ESD 环境。

解决方案

Littelfuse TVS 二极管阵列（SPA 二极管）是抑制 ESD 的理想选择，因为它们的开关速度和卓越的箝位水平是保护当今额定电路的重要条件，超越了 M LV、M OV 和聚合物技术的能力。TVS 二极管阵列产品组合提供了一系列适合当今市场中可用的应用需求的组件，本指南将指导设计人员为他们尝试的特定应用提供合适的 ESD 组件。
本文所涉及的接口如下：
USB1.1/2.0/3.0 /3.1
HDMI
DVI
Ethernet 10/100/1000 Mbps
2.5 and 5 Gigabit Ethernet
xDSL
eSATA
1394a/b
LVDS
Audio (Speaker/Microphone)
Analog Video
SIM Soc kets
Keypad/Push button
CAN bus and LIN bus
Touchscreen

所涉及的产品领域:
Laptops/UItrabooks
M P3/PMP
Portable Medical Devices
PDA’s
Set Top Boxes
Digital Cameras
LCD TV’s
Smart Phones
Portable Navigation Devices
External Storage
Keyboards/Mouse
Switch/Router/Hub
Gaming Consoles
Gateways

USB1.1

考虑因素：
每个端口的工作速度分别为 1.5Mbps 或 12Mbps（分别为低速和高速）。
尽管速度相对较慢，但仍需考虑寄生电容的影响，因为其容值可达数十皮法。
每个端口需要配备两条数据线保护通道（即 D±）如果要保护一个具有两个端口的 USB 接口，使用一个 4 通道设备可能会很有用，这样可以将静电放电（ESD）的影响范围控制得尽可能小。
VBUS可以单独通过一个单通道装置进行保护，其封装形式为 0402 或 0201（所示为 0402）。
VBUS的保护功能是可选的，可以通过单通道设备实现，也可以与 D± 的保护功能一起在单个 3 通道设备（如 SP0503）中实