隨著更新的集成電路(ic)技術(shù)采用更小的幾何尺寸和更低的工作電壓，不斷更新?lián)Q代的便攜產(chǎn)品對(duì)靜電放電(esd)電壓損害越來越敏感。有鑒于此，手機(jī)、mp3播放器和數(shù)碼相機(jī)等便攜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員必須評(píng)估各種可供選擇的esd保護(hù)解決方案，確保他們所選擇的解決方案能滿足當(dāng)今ic不斷變化的需求。本文將探討選擇有效esd保護(hù)解決方案的關(guān)鍵步驟。

　　esd波形

　　以系統(tǒng)級(jí)的方法來定義典型的esd事件所采用的最常見的波形，是以其亞納秒上升時(shí)間和高電流電平(參見圖1)為顯著特征的iec61000-4-2波形。這種波形的規(guī)范要求采用四級(jí)esd量級(jí)。大部分設(shè)計(jì)工程師都要求把產(chǎn)品限定到最高級(jí)的8 kv的接觸放電或15 kv的空氣放電。當(dāng)進(jìn)行元器件級(jí)測(cè)試時(shí)，因?yàn)榭諝夥烹姕y(cè)試在這樣的小型元器件上是不能重復(fù)的，接觸放電測(cè)試則是最適合的測(cè)試方式。

圖1：iec61000-4-2規(guī)范指標(biāo)一覽表。

　　從近期的設(shè)計(jì)趨勢(shì)的esd所需考慮因素

　　esd保護(hù)器件的目的是把數(shù)千伏電壓的esd輸入電壓降低到所保護(hù)的ic所能承受的安全電壓，并能把電流從ic旁路。雖然所需esd波形的輸入電壓和電流在過去的幾年沒有出現(xiàn)變化，但要求保護(hù)ic的安全電壓電平卻降低了。過去，ic設(shè)計(jì)對(duì)于(防范)esd而言更具強(qiáng)固性，而且能夠承受更高電壓，因此，在選擇能符合iec61000-4-2第4級(jí)的要求的保護(hù)二極管時(shí)有充分的選擇余地。而對(duì)于如今esd更敏感的ic，設(shè)計(jì)工程師就必須不僅要確保保護(hù)器件能夠符合iec61000-4-2第4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而且還要確保該器件能夠?qū)sd脈沖鉗制到足夠低的電平，從而確保ic不受損壞。在為給定的應(yīng)用選擇最佳保護(hù)器件的時(shí)候，設(shè)計(jì)工程師必須要考慮到esd保護(hù)器件能夠把esd電壓控制到多么低的電平。

　　如何選擇最有效的保護(hù)方案

　　保護(hù)二極管的關(guān)鍵直流(dc)規(guī)范是擊穿電壓、漏電壓和電容。大部分?jǐn)?shù)據(jù)表也會(huì)說明iec61000-4-2的最大額定電壓，該電壓指的是二極管在該電壓上不會(huì)被esd沖擊損壞。所存在的問題是，大部分?jǐn)?shù)據(jù)表中沒有任何針對(duì)象esd這樣的高頻率、高瞬態(tài)電流的鉗位電壓方面的信息�？墒且敿�(xì)說明，要在iec61000-4-2規(guī)范中硬性規(guī)定鉗位電壓不是一件簡(jiǎn)單的事情，這是因?yàn)樵撘?guī)范的初衷是用來檢驗(yàn)系統(tǒng)是否合格，并且頻率是如此高。要把這種規(guī)范來檢驗(yàn)保護(hù)器件，關(guān)鍵的是不僅要檢查保護(hù)二極管是否合格/不合格，還要檢查它能把esd電壓鉗位到多么低的電平。

　　比較保護(hù)二極管鉗位電壓的最好途徑是采用一臺(tái)示波器截取保護(hù)二極管兩端在esd產(chǎn)生期間內(nèi)的實(shí)際電壓波形，可以根據(jù)圖2的測(cè)試設(shè)置來實(shí)現(xiàn)。

　　在觀察經(jīng)受iec61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的esd保護(hù)器件的電壓波形時(shí)，通常初始電壓峰值之后緊隨著第二峰值，并且最終電壓將會(huì)穩(wěn)定下來。初始峰值是由iec61000-4-2波形的初始電流峰值和由測(cè)試電路中存在的電感所導(dǎo)致的過沖相結(jié)合所造成的。初始峰值的持續(xù)時(shí)間很短，因此限定了傳輸?shù)絠c的能量。圖中曲線上顯示了保護(hù)器件的鉗位性能，其位于第一個(gè)過沖之后。應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注第二個(gè)峰值，這是因?yàn)樵摲逯档某掷m(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，被測(cè)ic承受的能量將因此增加。在以下的討論中，鉗位電壓被定義為第二峰值的最大電壓。

　　幾種保護(hù)二極管的比較

　　為了進(jìn)行公平的比較，所選元器件應(yīng)當(dāng)有相似的封裝尺寸和參數(shù)指標(biāo)。用來比較的是三只esd保護(hù)二極管，當(dāng)對(duì)它們的電特性進(jìn)行比較時(shí)，認(rèn)為這些器件可以彼此互換。這些器件都是雙向的esd保護(hù)器件，具有同樣的擊穿電壓(6.8 v)、電容(15 pf)和封裝外形(1.0 × 0.6 × 0.4 mm)。這里所選擇的產(chǎn)品分別是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手1的rsb6.8cs、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手2的pg05dbtfc和安森美半導(dǎo)體的esd9b5.0st5g。

　　當(dāng)對(duì)以上器件的dc性能進(jìn)行比較的時(shí)候，結(jié)果看起來似乎是相同的(參見圖2所示曲線)。此外，它們都聲稱符合iec61000-4-2第4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，這就意味著它們將都經(jīng)受住高達(dá)8 kv接觸電壓的esd沖擊。確保保護(hù)敏感ic的esd保護(hù)器件至關(guān)重要的性能不是dc性能; 盡管器件符合iec61000-4-2的第4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是重要，但更重要的是保護(hù)ic。為確保在esd事件期間ic沒有被損壞，保護(hù)二極管必須把esd電壓鉗位至足夠低的值，使ic不會(huì)損壞。

圖2：三種esd器件的dc特性對(duì)比。

　　為了比較每個(gè)器件的鉗位性能，利用示波器來截取esd發(fā)生期間的電壓波形。利用完全相同的測(cè)試條件，對(duì)上述器件進(jìn)行并排測(cè)試。圖3中顯示出每個(gè)二極管對(duì)正/負(fù)esd脈沖的響應(yīng)曲線。所用的輸入脈沖為iec61000-4-2第4級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)接觸