電路防護(hù)設(shè)計演示文稿

電路防護(hù)設(shè)計演示文稿當(dāng)前第1頁\共有97頁\編于星期六\12點電路防護(hù)設(shè)計當(dāng)前第2頁\共有97頁\編于星期六\12點目錄ESD概述ESD防護(hù)設(shè)計方法過壓防護(hù)原理和防護(hù)器件介紹RF電路ESD防護(hù)設(shè)計技術(shù)ESD防護(hù)實驗案例分析當(dāng)前第3頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD概述基本概念半導(dǎo)體器件靜電敏感特性ESD危害及損壞機(jī)理ESD防護(hù)控制手段當(dāng)前第4頁\共有97頁\編于星期六\12點基本概念ElectrostaticElectrostaticDischarge（ESD）接觸放電，擊穿介質(zhì)放電ESSD（ElectrostaticSensitiveDevices）ESDS（ElectrostaticDischargeSensitivity）當(dāng)前第5頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD模型人體模型HBM人體金屬模型HBMM機(jī)器模型MM充電器件模型CDM場感應(yīng)模型FIM（FICDM）電纜放電事件CDE當(dāng)前第6頁\共有97頁\編于星期六\12點半導(dǎo)體器件靜電敏感性尺寸（更加細(xì)小精密）集成度（更加復(fù)雜）材料（更加靜電敏感）當(dāng)前第7頁\共有97頁\編于星期六\12點半導(dǎo)體器件靜電敏感性當(dāng)前第8頁\共有97頁\編于星期六\12點高頻器件靜電敏感特性尺寸√尺寸小，結(jié)薄材料工藝√GaAs，SiGe，InP，InGaP，SiFET，HBT，HEMT，BiCMOS，BJT集成度χ當(dāng)前第9頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD危害器件損傷硬損傷，軟損傷EMI功能故障，系統(tǒng)跑飛污染（靜電吸附）當(dāng)前第10頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD損壞器件機(jī)理
Fields..voltage

介質(zhì)擊穿Jouleheating..energy

熱熔化當(dāng)前第11頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD損傷器件機(jī)理介質(zhì)擊穿當(dāng)前第12頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD損傷器件機(jī)理熱熔化當(dāng)前第13頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)控制手段過程控制EPA（ECA）環(huán)境，人員，材料

接地防護(hù)設(shè)計結(jié)構(gòu)，工藝，電路

當(dāng)前第14頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計方法ESD測試標(biāo)準(zhǔn)ESD防護(hù)設(shè)計思想和流程結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計工藝防護(hù)設(shè)計電路防護(hù)設(shè)計當(dāng)前第15頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD測試標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-2（GB17626-2）Electrostaticdischargeimmunitytest外殼

接觸放電空氣放電

接口當(dāng)前第16頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD測試標(biāo)準(zhǔn)ESD測試放電波形

靜電放電槍（ESDGun）模型當(dāng)前第17頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計思想消除靜電源切斷放電通路（隔離靜電源）控制放電電流端口防護(hù)：

在端口最近位置瀉放ESD電流，阻止ESD脈沖進(jìn)入后續(xù)電路。當(dāng)前第18頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計流程器件選用、防護(hù)電路設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計、材料選擇測試驗證，改進(jìn)優(yōu)化當(dāng)前第19頁\共有97頁\編于星期六\12點結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計布板（元件位置）接地（金屬部件，單板，設(shè)備）產(chǎn)品材料應(yīng)用（塑料材料的防靜電處理）屏蔽（接口，開窗，開關(guān)，鍵盤，敏感單元）增加放電路徑長度包裝材料當(dāng)前第20頁\共有97頁\編于星期六\12點工藝防護(hù)設(shè)計單板布線（邊緣，屏蔽）標(biāo)識，標(biāo)簽（單板，產(chǎn)品，過程）制造工具及工序，防靜電處理輔助材料接地（裝備，儀器，工具）放電處理當(dāng)前第21頁\共有97頁\編于星期六\12點電路防護(hù)設(shè)計靜電敏感器件的選用設(shè)計端口ESD防護(hù)電路單板、產(chǎn)品安全測試方法當(dāng)前第22頁\共有97頁\編于星期六\12點過壓防護(hù)原理和防護(hù)器件介紹過壓防護(hù)原理過壓防護(hù)器件工作機(jī)理防護(hù)器件特性對比接口防護(hù)器件結(jié)電容要求低容值防護(hù)器件介紹當(dāng)前第23頁\共有97頁\編于星期六\12點過壓防護(hù)原理高電壓------大電流電壓箝位電流瀉放能量反射衰減當(dāng)前第24頁\共有97頁\編于星期六\12點過壓防護(hù)器件MOV（MLV）TSSGDTTVS二極管ESD/EMI專用防護(hù)器件R、L、C網(wǎng)絡(luò)非線性器件線性器件當(dāng)前第25頁\共有97頁\編于星期六\12點過壓防護(hù)器件特性工作電壓擊穿電壓箝位電壓維持電壓/電流通流容量/功耗結(jié)電容響應(yīng)時間極性壽命當(dāng)前第26頁\共有97頁\編于星期六\12點MOV（MLV）工作原理當(dāng)前第27頁\共有97頁\編于星期六\12點MOV（MLV）工作原理當(dāng)前第28頁\共有97頁\編于星期六\12點TSS工作原理阻斷區(qū)雪崩區(qū)負(fù)阻區(qū)低阻通態(tài)區(qū)

當(dāng)前第29頁\共有97頁\編于星期六\12點GDT工作原理擊穿電壓續(xù)流維持電壓（20～50V）當(dāng)前第30頁\共有97頁\編于星期六\12點TVS工作原理當(dāng)前第31頁\共有97頁\編于星期六\12點二極管工作原理快速開關(guān)二極管穩(wěn)壓二極管PIN二極管（低頻功率型）

高擊穿電壓、速度快、電容量很小、PN結(jié)面積小、結(jié)薄

肖特基二極管（低頻整流型功率管）較低的正向壓降（0.2V至0.3V），很小的結(jié)電容，位壘薄當(dāng)前第32頁\共有97頁\編于星期六\12點PolymerESD抑制器工作原理壓敏介質(zhì)：高分子聚合物（極低容值）當(dāng)前第33頁\共有97頁\編于星期六\12點R、L、C網(wǎng)絡(luò)工作原理電阻衰減網(wǎng)絡(luò)能量衰減LC濾波器帶外能量反射/衰減當(dāng)前第34頁\共有97頁\編于星期六\12點防護(hù)器件特性對比防護(hù)器件類別響應(yīng)時間結(jié)電容主要應(yīng)用保護(hù)方式普通MOV慢：數(shù)十ns~us級大：數(shù)百~數(shù)萬pFEOS（AC、雷電）箝位MLV快：ps~ns級一般：數(shù)十~數(shù)百pF，低達(dá)幾pFEOS和中低頻電路的ESD防護(hù)（中等能量）箝位GDT慢：數(shù)百ns~us級?。簲?shù)pF~數(shù)百pF，可低于0.5pF雷電（大能量）負(fù)阻TVS快：ps~ns級一般：數(shù)十~數(shù)百pF，低達(dá)1pFEOS和中低頻電路的ESD防護(hù)(低電壓、小能量)箝位高速開關(guān)二極管快：ps~ns級?。簲?shù)pF~數(shù)十pF，可低于1pFESD（高頻、小能量）箝位TSS快：ps~ns級大：數(shù)十~數(shù)百pFEOS（大能量）負(fù)阻低電容聚合物ESD抑制器快：ps~ns級極?。簲?shù)fF~數(shù)pFESD（高頻、小能量）負(fù)阻箝位R/L/C濾波衰減網(wǎng)絡(luò)快不考慮從低頻到高頻電路的EOS和ESD防護(hù)（小能量）濾波、衰減當(dāng)前第35頁\共有97頁\編于星期六\12點接口防護(hù)器件結(jié)電容要求當(dāng)前第36頁\共有97頁\編于星期六\12點接口防護(hù)器件結(jié)電容要求當(dāng)前第37頁\共有97頁\編于星期六\12點RF接口適用的ESD防護(hù)器件低容值快速開關(guān)二極管√低容值TVS管√R、L、C網(wǎng)絡(luò)√低容值MLVχ低容值聚合物ESD抑制器χ當(dāng)前第38頁\共有97頁\編于星期六\12點低容值防護(hù)器件介紹快速開關(guān)二極管PHILIPSTOSHIBANECINFINEON

ONSEMI當(dāng)前第39頁\共有97頁\編于星期六\12點低容值防護(hù)器件介紹TVSCAMD（CM12xx）PROTEK（POSTxxLC）當(dāng)前第40頁\共有97頁\編于星期六\12點低容值防護(hù)器件介紹MLVAVXEPCOSLITTELFUSE

當(dāng)前第41頁\共有97頁\編于星期六\12點低容值防護(hù)器件介紹聚合物ESD抑制器Littlefuse（PGB）COOPER（ESDA）當(dāng)前第42頁\共有97頁\編于星期六\12點RF電路ESD防護(hù)設(shè)計技術(shù)RF接口ESD防護(hù)設(shè)計難點RF電路ESD防護(hù)設(shè)計的一般要求ESD防護(hù)設(shè)計方法和技巧降低防護(hù)電路對RF信號質(zhì)量的影響當(dāng)前第43頁\共有97頁\編于星期六\12點RF接口ESD防護(hù)設(shè)計難點阻抗匹配結(jié)電容寄生電感限幅導(dǎo)通電壓ESD信號的寬頻譜特征當(dāng)前第44頁\共有97頁\編于星期六\12點RF接口ESD防護(hù)設(shè)計難點ESD信號的頻譜特征當(dāng)前第45頁\共有97頁\編于星期六\12點RF電路ESD防護(hù)設(shè)計的一般要求整機(jī)、單板、組件外殼的空氣和接觸放電：±8000V整機(jī)、單板、組件外部RF接口的接觸放電：±4000V，不得低于±2000V；內(nèi)部RF接口的接觸放電：±2000V，不得低于±1500V無線終端外部接口的接觸放電：±4000V當(dāng)前第46頁\共有97頁\編于星期六\12點靜電敏感器件的選用優(yōu)選防靜電能力強(qiáng)的RF器件1000V（HBM）200V（MM）500V（CDM）中低頻應(yīng)用應(yīng)優(yōu)選Si雙極器件禁止選用防靜電能力小于100V（HBM、MMandCDM同時滿足）的器件當(dāng)前第47頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計方法和技巧ESD防護(hù)電路設(shè)計總體原則：

對ESD信號來說，接口輸入點和地之間的并聯(lián)阻抗要盡量小，而接口輸入點和被防護(hù)器件之間的串聯(lián)阻抗要盡量大；對工作信號來說，接口輸入點和地之間的并聯(lián)阻抗要盡量大，而接口輸入點和被防護(hù)器件之間的串聯(lián)阻抗要盡量小。

當(dāng)前第48頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計方法和技巧應(yīng)避免靜電敏感器件和靜電敏感引腳直接應(yīng)用在RF電纜連接端口，RF插座端口應(yīng)設(shè)計ESD防護(hù)電路，RF電纜在插裝前先進(jìn)行放電處理RF接口的芯線應(yīng)處于外物不易觸及的狀態(tài)，如RF插座和電纜端頭設(shè)置靜電防護(hù)帽靜電敏感器件、及其高靜電敏感引腳、高靜電敏感端口應(yīng)該避免設(shè)計直接的測試點，或測試點遠(yuǎn)離這些引腳，或采用間接測試方法ESD防護(hù)電路應(yīng)盡可能靠近RF接口，而被保護(hù)的器件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離RF接口當(dāng)前第49頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計方法和技巧ESD防護(hù)電路應(yīng)有雙向防護(hù)能力ESD防護(hù)電路的開啟電壓（觸發(fā)電壓）和箝位電壓（或二極管導(dǎo)通電壓）應(yīng)大于RF信號可能的最大峰值電壓，同時要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于被防護(hù)器件的ESD閾值電壓ESD防護(hù)電路的響應(yīng)時間要小于被保護(hù)器件的響應(yīng)時間ESD防護(hù)電路要有在短時間內(nèi)釋放較大的靜電能量而不自損壞的能力當(dāng)前第50頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計方法和技巧在電路系統(tǒng)信號指標(biāo)分配和布板許可的情況下，應(yīng)優(yōu)選R/L/C等無源元件組成的濾波或衰減網(wǎng)絡(luò)形成ESD防護(hù)電路，提高電路的可靠性對于工作信號在1GHz以上的RF接口，建議優(yōu)先采用LC高通濾波器進(jìn)行ESD防護(hù)優(yōu)選低容值防護(hù)器件優(yōu)選大電流容量器件（如電感）當(dāng)前第51頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計方法和技巧串聯(lián)電感的處理當(dāng)前第52頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計方法和技巧串聯(lián)電感的處理當(dāng)前第53頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計方法和技巧瀉放電容改善寄生電感對ESD防護(hù)的影響當(dāng)前第54頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計方法和技巧環(huán)行器、耦合器、高頻信號傳輸變壓器、高頻隔直電容等器件的隔離特性的有效利用當(dāng)前第55頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)設(shè)計方法和技巧ESD防護(hù)電路的防護(hù)能力與選用的防護(hù)器件、被防護(hù)器件的ESD敏感度、電路結(jié)構(gòu)形式、布線等因素密切相關(guān)，一般無法直接單獨確定一個防護(hù)電路的防護(hù)能力，必須把防護(hù)電路和被防護(hù)的具體電路作為一個整體并按照標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-2的測試方法進(jìn)行測試，以確定一個實際電路的防護(hù)效果。當(dāng)前第56頁\共有97頁\編于星期六\12點降低防護(hù)電路對RF信號質(zhì)量的影響降低防護(hù)電路的等效結(jié)電容提高防護(hù)器件的導(dǎo)通電壓

結(jié)電容、寄生串聯(lián)電感（引線電感、布線電感）、箝位電壓（或?qū)妷海?、反向漏電流、反向耐壓、最大峰值電流、功率容?/p>

當(dāng)前第57頁\共有97頁\編于星期六\12點降低結(jié)電容方法二極管偏置法

當(dāng)前第58頁\共有97頁\編于星期六\12點降低結(jié)電容方法二極管串聯(lián)法

當(dāng)前第59頁\共有97頁\編于星期六\12點降低結(jié)電容方法二極管串聯(lián)并加偏置法

當(dāng)前第60頁\共有97頁\編于星期六\12點降低結(jié)電容方法二極管反向串聯(lián)和偏置法提高殘壓當(dāng)前第61頁\共有97頁\編于星期六\12點降低結(jié)電容方法

射頻電路匹配法

當(dāng)前第62頁\共有97頁\編于星期六\12點提高導(dǎo)通電壓方法二極管偏置法

當(dāng)前第63頁\共有97頁\編于星期六\12點提高導(dǎo)通電壓方法二極管串聯(lián)法

當(dāng)前第64頁\共有97頁\編于星期六\12點提高導(dǎo)通電壓方法開關(guān)二極管導(dǎo)通電壓隨溫度的升高而降低

結(jié)溫25℃和150℃相比，BAV99單二極管的限幅點將由7dBm（RF峰值0.7V）降到4dBm（RF峰值0.5V）左右。當(dāng)前第65頁\共有97頁\編于星期六\12點提高導(dǎo)通電壓方法TVS管或MLV法中低頻應(yīng)用擊穿電壓在幾伏到幾十伏之間可隨意選擇殘壓較高當(dāng)前第66頁\共有97頁\編于星期六\12點提高導(dǎo)通電壓方法二極管串聯(lián)電容法

此防護(hù)電路用于RF放大器SGA6489的輸入端時，電容C1和C2等于0.02uF，其抗靜電能力達(dá)到2500V；電容C1和C2等于0.47uF，其抗靜電能力達(dá)到4000V。（RF壓縮在1GHz仿真，實際測試約為39dBm。）

當(dāng)前第67頁\共有97頁\編于星期六\12點RF接口ESD防護(hù)電路綜合設(shè)計法MLV、各種二極管、R/L/C二極管串并聯(lián)、匹配設(shè)計、濾波、隔離、衰減

當(dāng)前第68頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)實驗ESD防護(hù)實驗方案ESD防護(hù)實驗數(shù)據(jù)分析ESD防護(hù)實驗總結(jié)當(dāng)前第69頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)實驗方案ESD防護(hù)電路對RF信號質(zhì)量的影響測試電路當(dāng)前第70頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)實驗方案ESD防護(hù)效果測試電路當(dāng)前第71頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)實驗方案ESD殘壓測試

當(dāng)前第72頁\共有97頁\編于星期六\12點ESD防護(hù)實驗數(shù)據(jù)分析MLVTVS開關(guān)二極管聚合物ESD抑制器RLC衰減或濾波網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前第73頁\共有97頁\編于星期六\12點MLV±500V良好,±1000V損壞當(dāng)前第74頁\共有97頁\編于星期六\12點MLV±500V良好,±1000V損壞

當(dāng)前第75頁\共有97頁\編于星期六\12點MLV±3500V良好,±4000V損壞

當(dāng)前第76頁\共有97頁\編于星期六\12點TVS

±3500V良好,±4000V損壞當(dāng)前第77頁\共有97頁\編于星期六\12點TVS±2000V良好,±2500V損壞

當(dāng)前第78頁\共有97頁\編于星期六\12點TVS

±4000V良好,±5000V損壞

當(dāng)前第79頁\共有97頁\編于星期六\12點開關(guān)二極管±3500V良好,±4000V損壞

當(dāng)前第80頁\共有97頁\編于星期六\12點開關(guān)二極管±2500V良好,±3000V損壞

BZX84C30：±1000V良好,±1500V損壞

當(dāng)前第81頁\共有97頁\編于星期六\12點開關(guān)二極管

5.1nH：±8000V良好,±8500V損壞

±4500V良好,±5000V損壞

當(dāng)前第82頁\共有97頁\編于星期六\12點開關(guān)二極管±3500V良好,±4000V損壞

0.02uF：±1500V良好,±2000V損壞當(dāng)前第83頁\共有97頁\編于星期六\12點聚合物ESD抑制器E5輸入端±700V損壞,輸出端±1500V損壞

當(dāng)前第84頁\共有97頁\編于星期六\12點聚合物ESD抑制器E5輸入端±400V損壞,輸出端±1000V損壞

當(dāng)前第85頁\共有97頁\編于星期六\12點電阻衰減網(wǎng)絡(luò)序號防護(hù)措施輸入端口ESD防護(hù)能力1直通輸入400V247pF電容隔直輸入800V33分貝電阻衰減輸入（47pF隔直）1200V49分貝電阻衰減輸入（47pF隔直）4000V5輸入并聯(lián)12nH電感和47pF隔直電容形成一階高通濾波電路2400V6并聯(lián)12nH電感加3分貝電阻衰減輸入（47pF隔直）3300VSGA-6489當(dāng)前第86頁\共有97頁\編于星期六\12點LC高通濾波器高通濾波器抑制ESD脈沖示意圖ESDPower20100ILdBFMHz0-10-20-30ESDFilter當(dāng)前第87頁\共有