談到ESD防護,應用最廣泛的是ESD/TVS管,對于正負4KV的pin腳不上電ESD測試,也可以僅僅依靠nf級電容完成ESD防護。下面以一篇實際案例進行說明。
實驗要求:正負4KV對產品connector的Pin腳進行ESD測試,connector中的地腳接地;
ESD實驗前后RCL值不大于10%。
實驗現象:發現有個別pin實驗前后的RCL差值超出了10%。
現象分析:對比實驗pass和實驗fail的pin腳接口電路發現,能夠通過實驗的都是接口有10nf電容(無ESD管/TVS管),未通過實驗的都是接口未添加任何保護電路的(接口是三極管的基級輸入,查了三極管規格書,是可以通過HBM模式下的4KV的管腳ESD測試,但是實驗還是失效了),于是給未通過該項測試的pin腳加入10nf對地電容,重新測試該項實驗,實驗通過。
問題分析:
根據國際標準靜電放電的電流標準模型為:
電流具有小于1ns的上升沿,通過上升沿跟最大帶寬的計算公式0.35/tr,可得最大帶寬約為500MHz。
靜電產生的輻射場是由放電電流產生的輻射電磁場,根據人體-金屬模型,接觸放電時的波形和頻譜圖如下所示:
從頻譜圖可以看出頻率的峰值是40MHz左右。對比電容諧振特性曲線圖:
發現10nf電容對應的諧振點最為接近40MHz,所以最終選擇10nf的電容。
查閱相關資料,因為電容的耐壓值限制,Q=CU,在放電等級很高的情況下,是可能導致電容放電失效的,網上的說法是不能高于4KV(HBM模型)。
思考總結:
1.接口的保護電路,對于ESD放電等級要求不高的情況下,可以考慮僅僅使用電容保護,優點是價格便宜;
2.對于高速信號的接口電路,10nf的電容可能就不一定適用了;
3.對于芯片datasheet中的ESD放電等級一定要通過實驗進行驗證。
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