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文檔簡介
1、tvs二極管在便攜設(shè)備esd中應(yīng)用便攜式設(shè)備如筆記本電腦、手機(jī)、pda、mp3播放器等,因為頻繁與人體接觸極易受到靜電放電(esd)的沖擊,假如沒有挑選合適的庇護(hù)器件,可能會造成機(jī)器性能不穩(wěn)定,或者損壞。更壞的狀況是查不出確切的緣由,用法戶誤認(rèn)為是產(chǎn)品質(zhì)量問題而損壞企業(yè)信譽(yù)。普通狀況下,對此類設(shè)備裸露在外面可能與人體接觸的端口都要求舉行防靜電庇護(hù),如鍵盤、電源接口、數(shù)據(jù)口、i/o口等等?,F(xiàn)在比較通用的esd標(biāo)準(zhǔn)是iec61000-4-2,應(yīng)用人體靜電模式,測試的范圍為2kv15kv(空氣放電),峰值最高為20a/ns,囫圇脈沖持續(xù)時光不超過60ns。在這樣的脈沖下所產(chǎn)生的能量總共不超過幾百個微
2、焦?fàn)?,但卻足以損壞敏感元器件。便攜式設(shè)備所采納的ic器件大多是高集成度、小體積產(chǎn)品,精密的加工工藝使硅晶氧化層十分薄,因而更易擊穿,有的在20v左右就會受到損傷。傳統(tǒng)的庇護(hù)辦法已不再普遍適用,有的甚至還會造成對設(shè)備性能的干擾。tvs的特點(diǎn)可用于便攜式設(shè)備的esd庇護(hù)器件有無數(shù),例如設(shè)計人員可用分立器件搭建庇護(hù)回路,但因為便攜設(shè)備對于空間的限定以及避開回路自感,這種辦法已逐漸被越發(fā)集成化的器件所替代。多層金屬氧化物器件、陶瓷還有二極管都可以有效地舉行防護(hù),它們的特性及表現(xiàn)各有不同,tvs二極管在此類應(yīng)用中的獨(dú)特表現(xiàn)為其贏得了越來越大的市場。tvs二極管最顯著的特點(diǎn)一是反應(yīng)快速,使瞬時脈沖在沒有對
3、線路或器件造成損傷之前就被有效地遏制,二是截止電壓比較低,更適用于電池供電的低電壓回路環(huán)境。另外對tvs二極管設(shè)計的改進(jìn)使其具有更低的漏電流和結(jié)電容,因而在處理高速率傳導(dǎo)回路的靜電沖擊時有更抱負(fù)的性能表現(xiàn)(圖1)。tvs二極管的優(yōu)勢tvs與齊納二極管:與傳統(tǒng)的齊納二極管相比,tvs二極管p/n結(jié)面積更大,這一結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)使tvs具有更強(qiáng)的高壓承受能力,同時也降低了電壓截止率,因而對于庇護(hù)手持設(shè)備低工作電壓回路的平安具有更好效果。tvs與陶瓷電容:無數(shù)設(shè)計人員情愿采納表面貼裝的陶瓷電容作esd庇護(hù),不但廉價而且設(shè)計簡便,但這類器件對高壓的承受力卻比較弱。5kv的沖擊會造成約10%陶瓷電容失效,到
4、10kv時,損壞率達(dá)到60%,而tvs可以承受15kv電壓。在手持設(shè)備的用法過程中,因為與人體頻繁接觸,各個端口必需起碼能夠承受8kv接觸沖擊(iec61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)),可見用法tvs可以有效保證終于產(chǎn)品的合格率。tvs與mlv:多層金屬氧化物結(jié)構(gòu)器件(mlv)也可以舉行有效的瞬時高壓沖擊抑制,此類器件具有非線性電壓-電流(阻抗表現(xiàn))關(guān)系,截止電壓可達(dá)最初中止電壓的23倍,這種特性適合用于對電壓不太敏感的線路和器件的庇護(hù),如電源回路。而tvs二極管具有更好的電壓截止因子(圖2),同時還具有較低的電容,這一點(diǎn)對于手持設(shè)備的高頻端口十分重要,由于過高的電容會影響數(shù)據(jù)傳輸,造成失真或是降級。t
5、vs二極管的各種表面封裝均適合流水線裝配的要求,而且芯片結(jié)構(gòu)便于集成其它的功能,如emi和rfi過濾庇護(hù)等,可有效降低器件成本,優(yōu)化整體設(shè)計。 另一個不能忽視的特點(diǎn)是二極管可以很便利地與其它器件集成在一個芯片上,現(xiàn)有無數(shù)將emi過濾和rfi防護(hù)等功能與tvs集成在一起的器件,不但削減設(shè)計所采納的器件數(shù)目降低成本,而且也避開板上布線時易誘發(fā)的伴生自感。 tvs相關(guān)參數(shù) 處理瞬時脈沖對器件傷害的最好方法是將瞬時電流從敏感器件引開。tvs二極管在線路板上是與被庇護(hù)線路并聯(lián)的,當(dāng)瞬時電壓超過正常工作電壓后,tvs二極管便發(fā)生雪崩,提供應(yīng)瞬時電流一個超低通路,其結(jié)果是瞬時電流通過二極管被引開,避免被庇護(hù)
6、器件,并且在電壓回復(fù)正常值之前使被庇護(hù)回路向來保持截止電壓。當(dāng)瞬時脈沖結(jié)束以后,tvs二極管自動回復(fù)高阻狀態(tài),囫圇回路進(jìn)入正常電壓。許多器件在承受多次沖擊后,其參數(shù)及性能會發(fā)生降級變幻,而只要工作在限定范圍內(nèi),二極管是不會發(fā)生損壞或降級的。 從以上過程可以看出,在挑選tvs二極管時,必需注重以下幾個參數(shù)的挑選(圖3): 1為了滿足iec61000-4-2國際標(biāo)準(zhǔn),tvs二極管必需達(dá)到可以處理最小8kv(接觸)和15kv(空氣)的esd沖擊,有的生產(chǎn)廠商在自己的產(chǎn)品上用法了更高的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)。對于某些有特別要求的便攜設(shè)備應(yīng)用,設(shè)計者可以按需要選擇器件。 2vwm這是二極管在正常狀態(tài)時可承受的電壓,
7、此電壓應(yīng)大于等于被庇護(hù)電路的正常工作電壓,否則二極管會不斷截止回路電壓;但它又需要盡量與被庇護(hù)回路的正常工作電壓臨近,這樣才不會在tvs工作以前使囫圇回路面向過壓威逼。深圳辰達(dá)行有限公司是集生產(chǎn)與銷售mdd品牌二極管的企業(yè),在二、,橋堆領(lǐng)域為您服務(wù)。3vc這是二極管在截止?fàn)顟B(tài)提供的電壓,也就是在esd沖擊狀態(tài)時通過tvs的電壓,它不能大于被庇護(hù)回路的可承受極限電壓,否則器件瀕臨被損傷的危急。 4pppm額定脈沖功率 這是基于最大截止電壓和此時的峰值脈沖電流,對于手持設(shè)備,普通來說500w的tvs就足夠了。 5電容對于數(shù)據(jù)/信號頻率越高的回路,二極管的電容對電路的干擾越大,形成噪聲或衰減信號強(qiáng)度
8、,因此需要按照回路的特性來打算所選器件的電容范圍。高頻回路普通挑選電容應(yīng)盡量小(如lctvs、低電容tvs,電容不大于3pf),而對電容要求不高的回路電容挑選可高于40pf。 下面分離介紹幾種常見手持設(shè)備esd庇護(hù)對tvs的要求: 音頻輸入/輸出:音頻回路的信號速率比較低,對器件電容的要求不太高,100pf左右都是可以接受的。有的設(shè)計中將耳機(jī)和麥克風(fēng)合在一起,有的則是分立線路,前一種狀況可以挑選單路tvs,而后一種狀況假如兩個回路是鄰近的,則可以選用多路tvs陣列,只用一個器件就能完成兩個回路的庇護(hù)。 按鍵/開關(guān):這些回路的數(shù)據(jù)率很低,對器件的電容沒有特別要求,用一般的tvs陣列都可以勝任。
9、數(shù)據(jù)視頻/2.0:數(shù)據(jù)率高達(dá)480mbps,有的視頻數(shù)據(jù)率達(dá)到1g以上,因而要挑選低電容lctvs,它通常是將一個低電容二極管與tvs二極管串聯(lián),以降低囫圇線路的電容(可低于3pf),達(dá)到高速率回路的要求。 sim卡/天線:有特地為此類端口設(shè)計的集esd(tvs)/emi/rfi防護(hù)于一個芯片的器件,充分體現(xiàn)了片式器件的無限集成計劃。 電源/充電口:因為是直流回路,可選用高件。此端口可能會受到高能量的沖擊,可以選用集成了tvs和過流庇護(hù)功能的器件。 在針對不同用途挑選器件時,要避開使器件工作在其設(shè)計參數(shù)極限附近,還應(yīng)按照被庇護(hù)回路的特征及可能承受esd沖擊的特征選用反應(yīng)速度足夠快、敏感度足夠高
10、的器件,這對于有效發(fā)揮庇護(hù)器件的作用非常關(guān)鍵,另外集成了其它功能的器件也應(yīng)該首先考慮。 眾多半導(dǎo)體廠商提供了多種不同的tvs二極管封裝形式,尤其是像sot23和sc-70,以及與芯片同等大小的倒裝芯片之類的微型封裝,在板上只占約4.8mm2的位置,卻可以同時庇護(hù)多個線路。最近的許多新產(chǎn)品更是適應(yīng)便攜設(shè)備高集成度、小型化要求,將emi/rfi/esd庇護(hù)集成在一個器件中,不但可以有效縮小空間,還大大削減了成本,降低了器件選購成本和加工成本,對于同時需要這幾種庇護(hù)功能的端口來說,可謂設(shè)計者的首選。 pcb布局協(xié)作 對于便攜式設(shè)備來說,各類的復(fù)雜性和精密度的提高使它們對esd也越發(fā)敏感,以往的通用回
11、路設(shè)計也不再適合。在用法tvs二極管庇護(hù)esd傷害的同時,必需協(xié)作合理的pcb布局。 首先是要避開自感。對于esd這樣巨變突發(fā)的脈沖,很可能會在回路中引起寄生自感,進(jìn)而對回路形成強(qiáng)大的電壓沖擊,并可能超出ic的承受極限而造成損傷。負(fù)載產(chǎn)生的自感電壓與電源變幻強(qiáng)度成正比,esd沖擊的瞬變特征易于誘發(fā)高強(qiáng)自感。減小寄生自感的基本原則是盡可能縮短分流回路,必需考慮到包括接地回路、tvs和被庇護(hù)線路之間的回路以及由接口到tvs的通路等全部因素。所以tvs器件應(yīng)與接口盡量臨近,與被庇護(hù)線路盡量臨近,這樣才會削減自感耦合到其它鄰近線路上的機(jī)會。 另外可應(yīng)用下述原則對線路舉行優(yōu)化: 1避開在庇護(hù)線路附近走比較關(guān)鍵的信號線; 2盡量將接口支配在同一個邊上; 3避開被庇護(hù)回路和未實施庇護(hù)的回路并聯(lián); 4各類信號線及其饋線所形成的回路所環(huán)抱面積要盡量小,須要時可考慮轉(zhuǎn)變信號線或接地線的位置; 5將接口信號線路和接地線路挺直接到庇護(hù)器件上,然后再進(jìn)入回路的其它部分; 6將復(fù)位、中斷、控制信號遠(yuǎn)離輸入/輸出
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