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ESD防护之电容妙用

谈到ESD防护,应用最广泛的是ESD/TVS管,对于正负4KV的pin脚不上电ESD测试,也可以仅仅依靠nf级电容完成ESD防护。下面以一篇实际案例进行说明。

实验要求:正负4KV对产品connector的Pin脚进行ESD测试,connector中的地脚接地;

ESD实验前后RCL值不大于10%。

实验现象:发现有个别pin实验前后的RCL差值超出了10%。

现象分析:对比实验pass和实验fail的pin脚接口电路发现,能够通过实验的都是接口有10nf电容(无ESD管/TVS管),未通过实验的都是接口未添加任何保护电路的(接口是三极管的基级输入,查了三极管规格书,是可以通过HBM模式下的4KV的管脚ESD测试,但是实验还是失效了),于是给未通过该项测试的pin脚加入10nf对地电容,重新测试该项实验,实验通过。

问题分析:

根据国际标准静电放电的电流标准模型为:

电流具有小于1ns的上升沿,通过上升沿跟最大带宽的计算公式0.35/tr,可得最大带宽约为500MHz。

静电产生的辐射场是由放电电流产生的辐射电磁场,根据人体-金属模型,接触放电时的波形和频谱图如下所示:

从频谱图可以看出频率的峰值是40MHz左右。对比电容谐振特性曲线图:

发现10nf电容对应的谐振点最为接近40MHz,所以最终选择10nf的电容。

查阅相关资料,因为电容的耐压值限制,Q=CU,在放电等级很高的情况下,是可能导致电容放电失效的,网上的说法是不能高于4KV(HBM模型)。

思考总结:

1.接口的保护电路,对于ESD放电等级要求不高的情况下,可以考虑仅仅使用电容保护,优点是价格便宜;

2.对于高速信号的接口电路,10nf的电容可能就不一定适用了;

3.对于芯片datasheet中的ESD放电等级一定要通过实验进行验证。

以上仅是个人的一些见解,欢迎大家提出宝贵建议,多多交流,谢谢。