在對MAX2140 SDARS接收器進行熱插拔操作(接通電源或斷開電源)時，可能使其內部靜電放電(ESD)保護二極管失效，熱插拔不是該器件的標準操作。但這種情況會發生在很多應用中，尤其是在汽車工業中，經常會進行熱插拔的操作。本文分析了熱插拔操作可能造成ESD二極管失效的原因，并幫助設計合理的電路來預防二極管的失效。

概述

在進行裝配、測試和故障處理時，有時需要對MAX2140 SDARS接收器進行非標準操作。其中一個例子就是熱插拔操作，即在不關閉電源的情況下，直接將該器件與電路進行連接或斷開連接。熱插拔操作在汽車電子領域尤其常見，因為部件的模塊化設計，模塊之間的距離以及多個系統同時工作的需求，常常需要重新連接模塊。

熱插拔操作如何導致二極管失效

熱插拔操作會導致瞬變，包括較大的電壓、浪涌電流、振鈴以及極性倒置。而這些瞬態過程的背后是能量交換、有限的充電/放電時間和自激等物理現象。

圖1所示是MAX2140的一個熱插拔操作。

圖1. 在汽車工業領域MAX2140常見用法的圖解

在進行熱插拔操作時，電纜接頭會產生壓降(如圖中紅色箭頭所示)。與此同時，天線模塊內部的旁路電容呈短路狀態。這樣就會導致MAX2140電氣地的電位高于天線模塊的電氣地。而MAX2140的內部ESD二極管與該IC的接地引腳16連接，所以這種地電位差就會在該二極管上產生一個短時間的正向電壓。該正向電壓的尖峰可能會超過器件的絕對最大額定值，即所謂的電過載(EOS)。二極管的正向電壓規定為-0.3V到+4.3V (VCC_xx至GND、 VINANT至GND、AGCPWM至GND、VOUTANT至GND)。設計仿真表明-1.3V、電流為72mA時允許短時間的工作。

防止ESD二極管失效的設計

防止EOS的方法因具體應用的不同而不同。這里所推薦的是一些常規設計改進措施：

避免使用過多的電抗，如：儲能元件、旁路電容、RF噪聲抑制電感、較長的連接線等。

使浪涌電流繞行：為每一模塊提供較短的直接接地路徑；增加外部二極管，使其與內部二極管并聯；將二極管跨接在大的線圈上。

順序供電：按順序依次打開電源；為內部用戶推薦可編程延遲(Maxim擁有眾多的電源排序產品)。

以下設計實例(

圖2

)表示具有本地環路的MAX2140，增添的肖特基二極管能夠旁路浪涌電流。

圖2. MAX2140接收器和天線模塊之間改進后的設計圖，所作改進用以防止EOS。

具體的設計改進措施是：

MAX2140接收器和天線模塊之間的電纜只有0.5Ω的電阻而沒有電感。

天線模塊具有一個100μF的旁路電容。

天線模塊的5V電源由MAX2140接收器提供。

讀者可能會問，在最初的40μs瞬態過程中，通過電容的最大電流和電纜的最大壓降分別是多少。這些值可以通過以下表達式得到：

該表達式計算通過電容的瞬時電流，其中和可以用相應的增量值來代替。其中，C是電容的電容值。

電容可在0V到5V范圍充電。

表示0到40μs之間的時間間隔。

通過旁路電容的電流可以用下式表示：

在40μs瞬態過程中，電纜壓降是：

該例子在電流為12.5A時電壓是6.25V，遠遠超過了內部ESD二極管能夠允許的瞬態指標。外加一個肖特基二極管可以將瞬態過程中的絕大多數浪涌電流旁路掉。可以選擇適合脈沖應用的肖特基二極管，基于圖2設計，當用一個適當電容將最大浪涌電流減小到一個可接受的范圍時，使用一段短電纜即可以顯著減小阻抗和壓降。

結論

對于器件的非標準使用(如MAX2140接收器的熱插拔操作)中出現的問題，我們需要用相應的方法來解決。為了成功實現器件的非標準使用，必須在Maxim支持和同意的情況下，對產品進行認真的設計和合理的測試。

* 超過絕對最大額定值的應力可能造成器件的永久性損壞,這些絕對最大額定值只是應力額定值。在操作說明書規定范圍外的條件下進行的功能操作不包括在內。在絕對最大額定值條件下工作時間過長會影響器件的穩定性。

審核編輯：郭婷