實(shí)驗出真知！可充分發(fā)揮ESD保護元件性能的電路設計

TDK的多層貼片式壓敏電阻產(chǎn)品陣容齊全，可保護設備因受ESD（靜電放電）影響而引發(fā)的故障和誤動(dòng)作，能幫助客戶(hù)有效解決ESD問(wèn)題。但隨著(zhù)用戶(hù)設備的小型化、輕量化和高功能化，以前效果出眾的多層貼片式壓敏電阻產(chǎn)品也出現了無(wú)法充分發(fā)揮保護效果的情況。

為了查明原因，我們以客戶(hù)設備的小型化為前提進(jìn)行了ESD實(shí)驗，本期推文就來(lái)為您詳細介紹通過(guò)此次實(shí)驗得出的各數據與結果。

5G技術(shù)的發(fā)展實(shí)現了設備之間的相互協(xié)作和實(shí)時(shí)通信，也對設備的設計提出了更高的要求，比如更小、更輕、更低功耗、更高功能、長(cháng)期運行、高可靠性、更高的EMC耐受能力等等。相比于大型設備（如汽車(chē)、工業(yè)設備，醫療設備等）的PCB和機殼設計，智能手機、VR、無(wú)人機等小型移動(dòng)設備的PCB尺寸小，ESD更容易侵入，而且用于ESD消除的GND地線(xiàn)和機殼的設計往往不穩定，是很難采取ESD對策的設備之一。

針對電壓保護應用，TDK提供有非常齊全的壓敏電阻（氧化鋅）和防雷（放電管）產(chǎn)品，能滿(mǎn)足各種電流大小的應用。本文中介紹的ESD測試便使用如下產(chǎn)品圖中所示的專(zhuān)用貼片式壓敏電阻。

ESD可視化設備是一種通過(guò)用非接觸磁場(chǎng)探針自動(dòng)掃描ESD電流來(lái)實(shí)現ESD電流可視化的設備。

圖1 ESD可視化設備

本次實(shí)驗中使用雙面電路板（正面：信號線(xiàn)，背面：GND地線(xiàn)，正面的GND地線(xiàn)通過(guò)Via連接到背面的GND地線(xiàn)）。背面的GND地線(xiàn)有兩種不同的尺寸：①窄地線(xiàn)（10x20mm）和 ②寬地線(xiàn)（85x50mm）。

圖2 PCB的GND地線(xiàn)設計

將貼片式壓敏電阻配置到PCB正面的信號線(xiàn)和GND地線(xiàn)之間。GND地線(xiàn)與金屬機殼和大地不相連。在此狀態(tài)下，對信號線(xiàn)按照IEC61000-4-2要求施加ESD 1kV。

圖3 實(shí)驗設置 

當GND地線(xiàn)較窄時(shí)，ESD將繞過(guò)壓敏電阻，擴散到信號線(xiàn)。而當GND地線(xiàn)較寬時(shí)，ESD會(huì )被貼片式壓敏電阻吸收并引向GND地線(xiàn)。這是由GND地線(xiàn)相對于信號線(xiàn)的阻抗大小決定的。GND地線(xiàn)較窄時(shí)，GND地線(xiàn)的阻抗較大，因此ESD無(wú)法流向貼片式壓敏電阻。