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移动设备高速I/O接口的ESD防护方案设计与选型

已有 321 次阅读2015-7-21 14:33

有电路保护器件选型经验的工程师都知道:电路保护器件选 型的时候,一定要遵循其选型的原则,将参考值控制在允许的范围内,这是遵循市场中的适度原则。从电路防护的角度来看,最佳的电路防护方案是根据产品的防护 等级以及工作电压等实际工作环境设计出来的,并不是高出参考值,防护等级就会高。随着市场对移动设备接受度和需求量的增加,便携式移动产品的设计集成了更 多的输入/输出(I/O)互连。更高的电流密度和更小的晶体管尺寸,以及用于芯片保护的有限空间,均趋向于增加电子元器件对静电放电(ESD)等瞬态电气过应力事件的敏感性。工程师从保证产品质量的角度出发,一致认为有必要增强这类产品的静电防护等级,尤其减少此类瞬态事件的影响,不单有助于防止设备相互“交谈”时导致数据损坏,还可提升总体可靠性。

  ESD事件与电子设备运作的环境有关,频繁地使用移动设备,使得用户很可能在连接或断开电缆期间接触I/O连接器针脚。在正常运作条件下,触摸暴露的端口或接口可能导致超过30 kV的放电电压。小尺寸半导体器件可能因过多的电压、高电流水平或二者的结合而损坏,高电压水平可能引起栅极氧化层击穿,而过多的电流可能引起结点故障和金属化迹线熔化。因此在电路中加入具有低钳位电压和超低电容值的ESD放电二极管成为移动设备高速I/O接口ESD保护的首选。

  根据IEC61000-4-2国际标准,大多数电子设备必需满足最小8 kV接触放电电压或15 kV空气放电电压要求,然而,许多半导体器件不可耐受这种电气应力水平,有可能永久损坏。为了提高它们的可靠性,必需在系统中设计采用附加的芯片外保护电路。

用于高速I/O接口的ESD保护设计有两个主要的考虑因素:

  1、用于高速I/O接口的ESD保护电路必需足够稳健,要能够有效地保护内部电路的薄栅极氧化层避免ESD应力的损坏

  2、必需最大限度地减小可引起电路性能高速退化的ESD保护器件寄生效应


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