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網絡接口ESD靜電防護方案設計思路分析
各類電子|網絡接口的ESD保護十分重要,而ESD靜電二極管是一種十分有效的保護器件,與其它器件相比有其獨特的優勢,但在應用時應當針對不同的保護對象來選用器件,因為不同的端口可能受到的靜電衝擊有所不同,不同器件要求的保護程度也有不同。要注意相應的參數鑒別以及各個生產商的不同設計,同時還要進行合理的PCB布局。本文介紹在電子|網絡接口的ESD保護中如何應用ESD靜電二極管器件。
電子|網絡接口如T1/E1線路卡、T3/E3和DS3接口、STS-1接口、ISDN S/T接口、ISDN U接口、10/100以太網等,由于高頻率的傳輸速率,極易受到靜電放電(ESD)的衝擊,如果沒有選擇合適的保護器件,可能會造成機器性能不穩定,或者損壞。更壞的情況是查不出確切的原因,使用戶誤認為是產品質量問題而損壞企業信譽。
一般情況下,對便攜式設備暴露在外麵可能與人體接觸的端口都要求進行防靜電保護,如鍵盤、電源接口、數據口、I/O口等等。現在比較通用的ESD標準是IEC61000-4-2,應用人體靜電模式,測試電壓的范圍為2kV~15kV(空氣放電),峰值電流最高為20A/ns,整個脈衝持續時間不超過60ns。在這樣的脈衝下所產生的能量總共不超過幾百個微焦爾,但卻足以損壞敏感元器件。
電子|網絡產品所采用的IC器件大多是高集成度、小體積產品,精密的加工工藝使硅晶氧化層非常薄,因而更易擊穿,有的在20V左右就會受到損傷。傳統的保護方法已不再普遍適用,有的甚至還會造成對設備性能的干擾。可用于電子|網絡產品的ESD保護器件有很多,例如設計人員可用分立器件搭建保護回路,但由于電子|網絡產品對于空間的限定以及避免回路自感,這種方法已逐漸被更加集成化的器件所替代。多層金屬氧化物貼片壓敏電阻、陶瓷電容還有二極管都可以有效地進行防護,它們的特性及表現各有不同,ESD靜電二極管在此類應用中的獨特表現為其贏得了越來越大的市場。以下是TG踏歌SO-08封裝ESD靜電二極管ESD06V08S-4L的具體參數特性:
ESD06V08S-4L的參數:
封裝:SO-08
電壓:6V
鉗位電壓:15V
容值:25pF
功率:2000W,更多ESD靜電二極管型號規格參數可直接訪問踏歌電子官網。
ESD06V08S-4L的特性:
1、依據(tp=8/20μs)線路,峰值脈衝功率為2000W
2、保護兩線的共模和差模
3、適合高速接口的低電容
4、低鉗位電壓和工作電壓
5、符合RoHS
6、Bellcore標準1089(內部建設)100A(2/10μs)
7、ITU K.20 Ipp=40A(5/310μs)
8、IEC61000-4-2(ESD)±15kV(空氣),±8kV(接觸)
9、IEC61000-4-4(EFT)40A(5/50ηs)
10、IEC61000-4-5(Lightning)100A(8/20μs)
ESD06V08S-4L的產品應用:
1、T1/E1線路卡
2、T3/E3和DS3接口
3、STS-1接口
4、ISDN S/T接口
5、ISDN U接口
6、10/100以太網
不管選擇怎樣的靜電抑製器件,它們在電路板上的布局非常重要。二極管布局前的導線長度應該減到最小,因為快速(0.7ns)ESD放電電流在電感性布線上感應出很高的電壓尖峰,影響ESD保護的性能。 另外,快速ESD脈衝可能在電路板上相鄰(平行)導線間產生感應電壓。如果上述情況發生,由于將不會得到保護,因為感應電壓路徑將成為另一條讓浪涌到達IC的路徑。因此,被保護的輸入線不應該被放置在其它單獨、未受保護的走線旁邊。推薦的ESD抑製器件PCB布局方案應該是:應盡可能的濾除所有的I/O口的干擾信號,靠近連接器/觸點PCB側。
走線時,盡可能縮短高頻元器件之間的連線,設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾;輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。最好加線間地線,以免發生反饋藕合。圖二是布線時的優化建議。對于電子|網絡產品來說,各類集成電路的複雜性和精密度的提高使它們對ESD也更加敏感,以往的通用回路設計也不再適合。合理的PCB布局最重要的是要在使用ESD靜電二極管保護ESD損害的同時避免自感。ESD設計很可能會在回路中引起寄生自感,會對回路有強大的電壓衝擊,導致超出IC的承受極限而造成損壞。負載產生的自感電壓與電源變化強度成正比,ESD衝擊的瞬變特征易于誘發高強自感。減小寄生自感的基本原則是盡可能縮短分流回路,必須考慮到包括接地回路、ESD二極管和被保護線路之間的回路,以及由接口到TVS的通路等所有因素。所以,ESD靜電二極管應與接口盡量接近(直接就近瀉放ESD 干擾,避免串入后續電路),與被保護線路盡量接近(畫版時原則上要靠近被保護的芯片),這樣才會減少自感藕合到其它鄰近線路上的機會。