保護電路板上電子元件的半導體器件

2 線(xiàn)路連接中應注意的問(wèn)題和傳統的保護器件

　　ESD電流波的特點(diǎn)是上速度升極快，因此電流在電路中通過(guò)時(shí)受電路中分散的寄生阻抗的影響很大。注意外部配置將確保集成電路的的良好性能，不同的集成電路，應有不同的電路配置，例如，Maxim的接口電路建議以下各點(diǎn)：

　　根據標準模擬電路接線(xiàn)技術(shù)，把所有的旁路和電荷泵電容器盡量向集成電路靠近
　　在印刷電路上設置一個(gè)接地平面
　　使引線(xiàn)電感和電容最小化，并且使集成電路盡可能靠近電路板的I/O端口
　　
　　一個(gè)氣體放電抑制器有兩個(gè)電極，他們安置在一個(gè)充滿(mǎn)氣體的管子內，彼此相距很近。當高電壓（90，150，230，260和350V是典型的氣體管電壓）加到兩極時(shí)，管中的氣體發(fā)生電離，電路導通。在斷路狀態(tài)下，管子的電阻很大；導通時(shí)，電阻很小。氣體管導通速度相對來(lái)說(shuō)較慢，但可承受很大的沖擊電流。遺憾的是。一些氣體管在經(jīng)受幾百次的沖擊后，就會(huì )燒掉。
　　
　　早期的氣體管靠放射性金屬使氣體始終保持部分電離。Semitron通過(guò)嚴格控制混合氣體和電極上的鍍層而研制出了一種無(wú)須放射性金屬的氣體管。
　　
　　金屬氧化物變阻器 （MOV）價(jià)格低廉，能夠通過(guò)大電流而不受損，且很耐用。然而，每導通一次，其性能就會(huì )下降，在超載狀態(tài)下，它將開(kāi)路失效。MOV實(shí)際上是一種粉末壓實(shí)產(chǎn)品，人們普遍認為它比半導體器件的反應速度慢（但并不是絕對如此）。
　　
　　理想狀態(tài)下，一個(gè)分支保護器件的電容應當為零。典型的氣體放電管的電容是1~2.5pF，而半導體器件的電容范圍為100~5000pF。

3 新型的瞬變電壓抑制器及其工作機理

　　瞬變電壓抑制器（TVS）是特別設計用來(lái)提供過(guò)壓保護的二極管。TVS 二極管的特點(diǎn)是：電流調節能力強, 工作電壓和箝位電壓低、實(shí)際反應時(shí)間快。這些特點(diǎn)使得它成為電路板保護的理想器件。TVS目前已有零售和大批量供應。
　　
　　Motorola研制的共陽(yáng)極單片雙SOT-23封裝的齊納二極管，其特征是：兩個(gè)齊納 SOT-23在同一個(gè)封裝中，承受電壓的范圍是10V~91V。Motorola同時(shí)還宣布其傳統產(chǎn)品的《Technical Zener Handbook》已經(jīng)更新。
　　
　　Maxim研制出的電路板保護器件是和受保護電路串聯(lián)的，而不是并聯(lián)的。MAX366和MAX367是多功能的兩端的電路保護器件。被串聯(lián)于信號線(xiàn)里的每一個(gè)這種兩端的保護器件保護的電壓范圍：接近或超過(guò)常用的供電電壓直到40V。MAX366包括3個(gè)獨立的保護器件而MAX367則有8個(gè) 保護器件，應用它們能夠保護單極（4.5V~36V）或雙極（± 2.5~± 18V）電源。這些器件是電壓敏感型的MOSFET晶體管陣列。加電時(shí)，導通；斷電時(shí)，開(kāi)路。供以± 10V的電壓，導通電阻的最大值是100歐，溫度為25℃時(shí)，漏電流小于1nA。
　　
　　當信號電壓超過(guò)或達到任何一個(gè)電源電壓附近1.5V左右時(shí)，保護器兩端電阻明顯增大（無(wú)論電源是接通還是斷開(kāi)時(shí)），從而限制了過(guò)大的電流和輸出電壓。受保護的一端保持了正確的極性并且將電壓箝制在電源電壓范圍的1.5V以下，沒(méi)有“閃爍”或極性反向等現象發(fā)生。
　　
　　AD公司也生產(chǎn)串聯(lián)保護器。單路、三路、八路介質(zhì)隔離的通道保護器件，不管在斷開(kāi)還是接通電源的情況下，都能對后續器件提供自動(dòng)電路保護 。當輸入電壓超過(guò)用戶(hù)選擇的電源極限電壓時(shí)，ADG46×系列可自動(dòng)地將一個(gè)內部的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，ADG46×系列可承受的連續輸入電壓范圍為± 35V。單通道的ADG465型，三通道的ADG466型以及八通道的ADG467型器件在雙極性和單極性電源下都能工作。ADG465的接通電阻為50歐，ADG466和ADG467為100歐，輸入漏電流規定為+500nA（最大值）。
　　
　　可控硅保護器件就象一個(gè)沒(méi)有門(mén)的閘。當發(fā)生瞬變時(shí)，在可硅硅瞬變保護器件兩端的電壓將會(huì )增大直到達到它的導通電壓。在這時(shí)，器件將工作于雪崩方式，這使瞬變電壓被限制而只增加少許，這是因為器件轉移了大量的電流。當瞬變電流上升時(shí)通過(guò)器件的電流將達到極大的水平，導致器件切換到全導通狀態(tài)。在該狀態(tài)時(shí)，器件兩端只有少許電壓，從雪崩方式切換到全導通狀態(tài)的電壓通常稱(chēng)為擊穿電壓。（Breakover Voltage）。
　　
　　當器件處于導通狀態(tài)時(shí)，由于器件兩端的電壓很低，從而限制了在這些器件上的功耗，因而可分流很大電流而不損壞。使該器件重新恢復到非導通狀態(tài)是由電流來(lái)控制的，當電流跌落到某一稱(chēng)為“保持電流”以下的數值時(shí)器件自動(dòng)恢復。
　　
　　N基片和P基片的可控硅器件有一些區別。P 基片適用于低電壓（150伏以下），因為它們在擊穿電壓時(shí)的動(dòng)作與P基片的有些不同；P基片的器件在擊穿時(shí)更“銳利”。 在電壓高于150伏時(shí)， N基片的器件顯得更耐用一些。
　　
　　可控硅提供給電路的是二級保護。因為它們是一個(gè)半導體器件，工作很快，而且可以維持相對大的電流。當出現一個(gè)火花時(shí)，器件立即將它箝位到一個(gè)初始的導通電壓。如果火花具有相當大的能量，則可控硅再擊穿至全導通狀態(tài)。在這個(gè)狀態(tài)，器件兩端的電壓僅有2~4V。

4 電話(huà)設備中的保護器件

　　據SGS-Thomson微電子公司稱(chēng)，通訊系統特別容易因雷電感應的脈沖而損壞。電話(huà)公司必須使用兩級保護：在每根線(xiàn)上的第一級抑制器吸收過(guò)電壓瞬變的主要部分，第二級保護器件安裝在單個(gè)的抑制電路板上以除去剩余的過(guò)電壓脈沖。第一級抑制器必須具有很強的抑制電流浪涌的能力，并能經(jīng)受高電壓。因此，傳統的解決辦法是采用氣體放電管或者碳放電隙技術(shù)。來(lái)自SGS-Thomson 公司生產(chǎn)的表面安裝CLP200M保護器件可為電話(huà)線(xiàn)提供瞬變過(guò)壓和過(guò)流保護。這種器件適用于模擬和ISDN（綜合業(yè)務(wù)數據網(wǎng)絡(luò )）線(xiàn)卡以及PABX系統、主分配機構等。一級保護模塊的峰值脈沖電流額定為100A，寬度是10~1000m S。器件符合Bellcore TRNWT-000974和CCITT K20標準，因此可提供可靠的抗雷電脈沖高達4kV的保護以及由于線(xiàn)間耦合或碰線(xiàn)引起的更持久的的保護。
　　
　　數字式 T1/E1電話(huà)線(xiàn)路以其低廉的成本和優(yōu)越的性能很快取代了傳統的模擬式線(xiàn)路。其結果是，Tl/El線(xiàn)現在被越來(lái)越多地用于電話(huà)公司的受到保護的中心辦公室以外的環(huán)境，使它主要為線(xiàn)卡設計者所用，以便在他們的設計中包括適當的瞬變保護。
　　
　　SGS-Thomson公司還提供SMP75-8，它是一種低壓雙向瞬變抑制器，這是為T(mén)l/El數字電話(huà)和類(lèi)似應用而設計的一級保護產(chǎn)品。在上述的兩種應用中高速的數字信號處于雷電感應脈沖以及其它瞬變電壓的環(huán)境之中。典型的器件線(xiàn)卡的放電保護功能可由另外兩種器件來(lái)實(shí)現：一種是DA108S1二極管陣列，它可以保護S