ESD保護(hù)電路概況及其電路設(shè)計(jì)

　　ESD 靜電放電給你的電子產(chǎn)品帶來(lái)致命的危害不僅降低了產(chǎn)品的可靠性，增加了維修成本而且不符合歐洲共同體規(guī)定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EN61000-4-2 就會(huì)影響產(chǎn)品在歐洲的銷(xiāo)售，所以電子設(shè)備制造商通常會(huì)在電路設(shè)計(jì)的初期就考慮ESD 保護(hù)電路，本文將討論ESD保護(hù)電路的幾種方法。

　　1 ESD 的產(chǎn)生及危害

　　當(dāng)兩個(gè)物體碰撞或分離時(shí)就會(huì)產(chǎn)生靜電放電ESD 即靜態(tài)電荷從一個(gè)物體移動(dòng)到另一個(gè)物體兩個(gè)具有不同電勢(shì)的物體之間產(chǎn)生靜態(tài)電荷的移動(dòng)，類似于一次很小的閃電過(guò)程放電量的大小和放電持續(xù)時(shí)間取決于物體的類型和周?chē)沫h(huán)境等多種因素，當(dāng)ESD 具有足夠高的能量時(shí)將造成半導(dǎo)體器件的損壞靜電放電ESD 可能隨時(shí)發(fā)生例如插拔電纜或人體接觸器件的I/O 端口或者是一個(gè)帶電的物體接觸半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件觸地以及靜電場(chǎng)和電磁干擾產(chǎn)生足夠高的電壓引起靜電放電ESD。

　　ESD 基本上可以分為三種類型，一是各種機(jī)器引起的ESD， 二是家具移動(dòng)或設(shè)備移動(dòng)引起的ESD ，三是人體接觸或設(shè)備移動(dòng)引起的ESD ，所有這三種ESD 對(duì)于半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)和電子產(chǎn)品的生產(chǎn)都非常重要電子產(chǎn)品的使用過(guò)程最容易受到第三種ESD 的損壞，便攜式電子產(chǎn)品尤其容易受到人體接觸ESD 的損壞ESD 一般情況下會(huì)損壞與之相連的接口器件，另一種情況是遭受ESD沖擊后的器件可能不會(huì)立即損壞而是性能下降導(dǎo)致產(chǎn)品過(guò)早出現(xiàn)故障。

　　當(dāng)集成電路IC 經(jīng)受ESD 時(shí)放電回路的電阻通常都很小，無(wú)法限制放電電流例如將帶靜電的電纜，插到電路接口上時(shí)放電回路的電阻幾乎為零造成可高達(dá)幾十安培的瞬間放電尖峰電流，流入相應(yīng)的IC管腳瞬間大電流會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷IC 局部發(fā)熱的熱量甚至?xí)诨杵苄綞SD， 對(duì)IC 的損傷一般還包括內(nèi)部金屬連接被燒斷鈍化層被破壞晶體管單元被燒壞。

　　ESD 還會(huì)引起IC的死鎖LATCHUP 這種效應(yīng)和CMOS 器件內(nèi)部的類似可控硅的結(jié)構(gòu)單元被激活有關(guān)高電壓可激活這些結(jié)構(gòu)形成大電流通道一般是從VCC 到地串行接口器件的鎖死電流可高達(dá)1 安培鎖死電流會(huì)一直保持直到器件被斷電不過(guò)到那時(shí)IC 通常早已因過(guò)熱而燒毀了ESD沖擊后可能存在兩個(gè)不易被發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般用戶和IEC測(cè)試機(jī)構(gòu)使用傳統(tǒng)的環(huán)路反饋方法和插入方法進(jìn)行測(cè)試通常檢測(cè)不出這兩個(gè)問(wèn)題。

　　1 RS-232 接口電路中接收器對(duì)發(fā)送器產(chǎn)生交叉串?dāng)_

　　同類產(chǎn)品RS-232 接口電路中的ESD 保護(hù)結(jié)構(gòu)可能對(duì)某種波形的ESD或某個(gè)ESD 沖擊電壓失效經(jīng)過(guò)ESD沖擊后造成接收器輸入端和發(fā)送器輸出端之間形成通路從而導(dǎo)致接收器對(duì)發(fā)送器產(chǎn)生交調(diào)圖一如果RS-232 接口電路中有關(guān)斷電路那么關(guān)斷期間經(jīng)過(guò)ESD 沖擊后更容易產(chǎn)生交調(diào)產(chǎn)生交調(diào)后將導(dǎo)致通信失敗而且即使關(guān)斷工作狀態(tài)下發(fā)送器仍有輸出導(dǎo)致關(guān)斷失效使對(duì)方RS-232處在接收狀態(tài)。

　　2 RS-232 接口電路對(duì)電源產(chǎn)生反向驅(qū)動(dòng)

　　某些RS-232 接口電路中的ESD 保護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)ESD 沖擊后可能在輸入端與供電電源Vcc之間形成電流通路圖二對(duì)其供電電源產(chǎn)生反向驅(qū)動(dòng)如果供電電源沒(méi)有吸入電流的能力通常來(lái)講電源輸出回路里有一個(gè)正向二極管這將導(dǎo)致電源電壓Vcc 的增加從而損

　　壞RS-232 接口電路和系統(tǒng)內(nèi)的其它電路因?yàn)镽S-232 接口電路輸入端的電壓在5V 到25V之間使Vcc 有可能大于9V 超出電源電壓的最大范圍而燒壞電路。