付出正確的電路保護費

　　摘要：本文通過(guò)采用合適的過(guò)電流和過(guò)電壓保護元件，生產(chǎn)商可保證其產(chǎn)品成為用戶(hù)生活不可或缺的一部分。選擇正確的保護元件也保證了各應用產(chǎn)品符合安全和功能因素相關(guān)的規章條例的要求。

　　許多用戶(hù)都沒(méi)有意識到他們自己每天在使用的電子設備存在著(zhù)最大的風(fēng)險。電路保護是所有電子設備必有的特性——不論是車(chē)載、家用或是工用電子設備——因為只要人體接觸含敏感電子半導體的器件，就會(huì )出現ESD(靜電放電)現象。

　　如果周?chē)目諝馓貏e干燥，比如天氣正好非常炎熱或非常寒冷，剛把手從汽車(chē)方向盤(pán)后移開(kāi)時(shí)，若觸碰到金屬車(chē)門(mén)，就會(huì )有電擊感。這種電擊感，對司機來(lái)說(shuō)不過(guò)是無(wú)傷大雅的不適感，但對敏感電子設備來(lái)說(shuō)，其影響要大得多。想象一下，當拿起手機或平板電腦，卻發(fā)現有些按鍵或數據端口失靈了?，F實(shí)生活中凡此種種令人頭痛的事情，可能就是由于電子器件而非車(chē)體金屬遭受類(lèi)似的電擊而導致的直接后果。

　　雖然靜電放電(ESD)不會(huì )導致手機“爆炸”之類(lèi)的災難性事故，但是沒(méi)有靜電放電(ESD)保護，手機很可能難以對鍵盤(pán)或按鈕輸入做出有效反應。同樣，靜電放電(ESD)損傷會(huì )導致USB或以太網(wǎng)之類(lèi)的接口端口在與其他設備連接時(shí)難以發(fā)揮正常的功效。

　　1 靜電放電(ESD)背后的物理學(xué)

　　ESD(靜電放電)事件均可追溯為稱(chēng)作摩擦帶電的現象，兩種材料彼此接觸而后迅速分開(kāi)即可產(chǎn)生摩擦帶電現象。由于兩種材料的電子發(fā)生轉移，一個(gè)積聚正電荷，另一個(gè)積聚負電荷。電荷的產(chǎn)生了取決于數種因素，包括接觸面積、分離速度、相對溫度和材料化學(xué)性質(zhì)。盡管這種過(guò)程每天發(fā)生數千次，但卻無(wú)人注意，除非放電量足夠大，致使人體感到輕微短暫的不適，例如橫過(guò)地毯或抓握門(mén)把手。生成的電荷電壓從數百伏到數萬(wàn)伏不等。表1所示即為產(chǎn)生靜電荷電壓的實(shí)例。

　　鑒于半導體芯片的尺寸變得越來(lái)越微型化，靜電放電(ESD)影響已成為當今尖端但成本敏感的電子消費產(chǎn)品難以解決的問(wèn)題。如今，能夠提供ESD保護的構件太大，并且在成本上與構成集成電路組件的硅集成電路(IC)關(guān)系較大。其結果是，集成電路(IC)供應商移除或大大縮減內置ESD保護電路部分。問(wèn)題是，集成電路一旦組裝到電子消費產(chǎn)品中，離開(kāi)了生產(chǎn)時(shí)的受控環(huán)境，它們很可能會(huì )受到未受控制的ESD事件的影響。

　　此外，盡管集成電路(IC)生產(chǎn)商在歷史上曾使用特別是與生產(chǎn)環(huán)境有關(guān)的ESD測試模型(MIL-STD-883、方法3015：人體模型)，但設備生產(chǎn)商——對業(yè)內ESD事件有所考慮——卻使用IEC(國際電工委員會(huì ))規定的更為嚴苛的模型，即IEC 61000-4-2標準。本文中，多數集成電路(IC)供應商在500V下利用人體模型(HBM)對其產(chǎn)品進(jìn)行測試，而終端用戶(hù)設備生產(chǎn)商根據IEC 61000-4-2標準在8000V(或以上)下進(jìn)行測試。

　　表1比較了多數芯片組供應商使用的HBM(人體模型)ESD電流，他們以此預防IEC 61000-4-2列舉的環(huán)境ESD事件，這些事件多數用戶(hù)會(huì )在不覺(jué)間引入電子消費器件。

　　很明顯，最壞情況下的HBM ESD峰值電流遠遠低于IEC 61000-4-2規定的最壞情況下ESD峰值電流(見(jiàn)表2加粗的數字)。

　　與HBM所述的8kV事件相比，IEC 61000-4-2規定的8kV事件暗指電流為其5.6倍。芯片組能夠通過(guò)HBM測試的——用于生產(chǎn)環(huán)境——不能保證適應實(shí)際應用，因為ESD的影響更加嚴重。最后，如前文所述，大多數集成電路(IC)供應商利用人體模型僅測試到500V。如果在實(shí)際應用中暴露在8kV ESD瞬變電壓中，芯片組面臨的電流會(huì )增加近100倍，除非集成電路(IC)設計包含ESD保護，否則這種程度的電流足以決定芯片組的命運。

　　近年來(lái)，應用測試要求越來(lái)越嚴苛，以致于8kV ESD事件如今已成為最低水平。測試等級正在向20kV、甚至30kV發(fā)展，但同時(shí)，集成電路(IC)供應商卻在芯片組設計中取消了電路保護，從而釋放硅元面積，以提供更多功能。以下數字表明了芯片組內置ESD水平和在實(shí)際應用中可能遭受的ESD影響水平之間的差距，強烈反映出不斷增長(cháng)的需求對于追加ESD保護的需要。