電路級靜電防護設(shè)計技巧及防護

靜電放電（ESD）理論研究已經(jīng)發(fā)展成熟，為模擬分析靜電事件，前人設(shè)計了多種靜電放電模型，包括但不限于人體模型（HBM）、帶電器件模型、場感應(yīng)模型、場增強模型、機器模型和電容耦合模型等。在芯片級，通常采用HBM進行測試，電子產(chǎn)品則依據(jù)IEC 6 1000-4-2的放電模型進行測試。歐洲共同體通過IEC 61000-4-2建立了嚴格瞬變沖擊抑制標(biāo)準(zhǔn)，確保產(chǎn)品符合這一標(biāo)準(zhǔn)后，方可銷往歐洲成員國。

IEC 61000-4-2規(guī)定的靜電放電發(fā)生器分為接觸放電和空氣放電兩種類型。靜電放電現(xiàn)象主要電流特征為1nS左右的上升沿，對ESD保護器件的響應(yīng)時間提出了嚴格要求。靜電放電發(fā)生器的能量集中在幾十MHz至500MHz的頻段，通常通過濾波器濾除特定頻帶的能量實現(xiàn)靜電防護。

IEC 61000-4-2制定了幾個靜電放電發(fā)生器試驗等級，目前手機CTA測試執(zhí)行的是3級標(biāo)準(zhǔn)，即接觸放電6KV，空氣放電8KV。多數(shù)手機廠家會執(zhí)行更高級別的靜電防護等級。

集成電路（IC）遭受ESD時，放電回路的電阻通常極小，無法限制放電電流，導(dǎo)致高達數(shù)十安培的瞬間電流流入IC管腳。這可能會嚴重損傷IC，甚至融化硅片管芯。ESD還可能導(dǎo)致IC內(nèi)部金屬連接被燒斷、鈍化層受損以及晶體管單元被燒壞。

ESD可能引發(fā)IC的死鎖效應(yīng)。這種現(xiàn)象與CMOS器件內(nèi)部類似可控硅的結(jié)構(gòu)單元被激活有關(guān)，高電壓激活這些結(jié)構(gòu)形成大電流通道，通常從電源VCC至地。串行接口器件的死鎖電流可高達1A。死鎖電流會持續(xù)到器件斷電，此時IC通常因過熱而燒毀。

針對電路級ESD防護，常見的方法包括并聯(lián)放電器件、串聯(lián)阻抗、增加濾波網(wǎng)絡(luò)以及復(fù)合防護。并聯(lián)放電器件包括TVS、齊納二極管、壓敏電阻和氣體放電管，各有其特點和適用場景。串聯(lián)阻抗通過串聯(lián)電阻或磁珠限制ESD放電電流。濾波網(wǎng)絡(luò)則能有效濾除靜電能量。復(fù)合防護結(jié)合了電阻和放電器件，提供更全面的防護效果。

為了進一步提升防護效果，還可以增加吸收回路，通過在敏感信號附件設(shè)置地的漏銅或放置尖（）端放電點（火花隙）來吸收靜電。這些措施共同作用，確保電路在ESD事件中保持穩(wěn)定運行。

在實際應(yīng)用中，選擇合適的ESD防護策略和器件至關(guān)重要，需根據(jù)電路的具體需求和成本考量進行綜合考慮。通過采用適當(dāng)?shù)姆雷o措施，可以有效減少ESD對電路的損害，保障產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。