MAX2140內部ESD二極管的保護電路設計
加入技術(shù)交流群
概述
在進(jìn)行裝配、測試和故障處理時(shí)，有時(shí)需要對max2140 sdars接收器進(jìn)行非標準操作。其中一個(gè)例子就是熱插拔操作，即在不關(guān)閉電源的情況下，直接將該器件與電路進(jìn)行連接或斷開(kāi)連接。熱插拔操作在汽車(chē)電子領(lǐng)域尤其常見(jiàn)，因為部件的模塊化設計，模塊之間的距離以及多個(gè)系統同時(shí)工作的需求，常常需要重新連接模塊。
熱插拔操作如何導致二極管失效
熱插拔操作會(huì )導致瞬變，包括較大的電壓、浪涌電流、振鈴以及極性倒置。而這些瞬態(tài)過(guò)程的背后是能量交換、有限的充電/放電時(shí)間和自激等物理現象。
圖1所示是max2140的一個(gè)熱插拔操作。
在進(jìn)行熱插拔操作時(shí)，電纜接頭會(huì )產(chǎn)生壓降(如圖中紅色箭頭所示)。與此同時(shí)，天線(xiàn)模塊內部的旁路電容呈短路狀態(tài)。這樣就會(huì )導致max2140電氣地的電位高于天線(xiàn)模塊的電氣地。而max2140的內部esd二極管與該ic的接地引腳16連接，所以這種地電位差就會(huì )在該二極管上產(chǎn)生一個(gè)短時(shí)間的正向電壓。該正向電壓的尖峰可能會(huì )超過(guò)器件的絕對最大額定值，即所謂的電過(guò)載(eos)。二極管的正向電壓規定為-0.3v到+4.3v
(vcc_xx至gnd、 vinant至gnd、agcpwm至gnd、voutant至gnd)。設計仿真表明-1.3v、電流為72ma時(shí)允許短時(shí)間的工作。
防止esd二極管失效的設計
防止eos的方法因具體應用的不同而不同。這里所推薦的是一些常規設計改進(jìn)措施：
避免使用過(guò)多的電抗，如：儲能元件、旁路電容、rf噪聲抑制電感、較長(cháng)的連接線(xiàn)等。
使浪涌電流繞行：為每一模塊提供較短的直接接地路徑；增加外部二極管，使其與內部二極管并聯(lián)；將二極管跨接在大的線(xiàn)圈上。
順序供電：按順序依次打開(kāi)電源；為內部用戶(hù)推薦可編程延遲(maxim擁有眾多的電源排序產(chǎn)品)。
以下設計實(shí)例(圖2)表示具有本地環(huán)路的max2140，增添的肖特基二極管能夠旁路浪涌電流。
具體的設計改進(jìn)措施是：
max2140接收器和天線(xiàn)模塊之間的電纜只有0.5的電阻而沒(méi)有電感。
天線(xiàn)模塊具有一個(gè)100μf的旁路電容。
天線(xiàn)模塊的5v電源由max2140接收器提供。
讀者可能會(huì )問(wèn)，在最初的40μs瞬態(tài)過(guò)程中，通過(guò)電容的最大電流和電纜的最大壓降分別是多少。這些值可以通過(guò)以下表達式得到：
該例子在電流為12.5a時(shí)電壓是6.25v，遠遠超過(guò)了內部esd二極管能夠允許的瞬態(tài)指標。外加一個(gè)肖特基二極管可以將瞬態(tài)過(guò)程中的絕大多數浪涌電流旁路掉?？梢赃x擇適合脈沖應用的肖特基二極管，基于圖2設計，當用一個(gè)適當電容將最大浪涌電流減小到一個(gè)可接受的范圍時(shí)，使用一段短電纜即可以顯著(zhù)減小阻抗和壓降。
結論
對于器件的非標準使用(如max2140接收器的熱插拔操作)中出現的問(wèn)題，我們需要用相應的方法來(lái)解決。為了成功實(shí)現器件的非標準使用，必須在maxim支持和同意的情況下，對產(chǎn)品進(jìn)行認真的設計和合理的測試。
評論