江西BNC接口ESD保护元件原理 上海来明电子供应

在ESD设计中，Diode是一种常见的器件。图2为Diode的一种典型应用情况，在VDD相对于VSS发生PositiveESDPulse时，Diode发生雪崩击穿并释放ESD电流，从而保护内部电路不受ESD影响。但由于二极管完全通过雪崩击穿释放ESD电流，在大电流下器件的功耗很大，因此这种模式下二极管的抗ESD能力往往很低，器件的微分电阻也较大；而在VDD相对于VSS发生NegativeESDPulse时，该Diode为正偏并释放ESD电流，由于二极管的正向导通电压很小，此模式下器件的功耗很小，因此其抗ESD能力非常强。由于Diode在正偏和反偏两种状态下的ESD能力差别非常大，江西BNC接口ESD保护元件原理，因此目前在使用二极管作ESD保护器件时往往会采用非常大的器件面积提升二极管反偏状态下的ESD能力，如此一来，缺点是非常明显的，它增大了ESD器件的面积占用，更为严重的是，江西BNC接口ESD保护元件原理，对于高频引脚而言，江西BNC接口ESD保护元件原理，此方式会带来较大的寄生电容，使引脚的频率特性变差。ESD脉冲频谱的高频信号特征和高频电路分布参数的严格约束使得在高频电路中防护器件的可选择性很小。江西BNC接口ESD保护元件原理

在高频高速信号电路中，电路的特征阻抗较低，分布电容和分布电感对电路的阻抗匹配、信号质量会产生较大的影响，这要求设计的ESD防护电路具有很小的寄生参数，对信号质量和阻抗匹配产生**小的影响，即要保证高频信号尽量无损失地通过防护电路，同时ESD防护电路要对宽频谱的ESD信号具有较好的吸收和衰减性能，阻止ESD脉冲进入被保护电路。在中低频IC内部的I/O端口都可以设计ESD防护电路以提高器件的抗ESD能力，但是射频器件和高速数字IC内部的I/0端口一般无法直接设计ESD防护电路，因为防护电路的寄生参数(主要是结电容)将影响I/0端口的阻抗匹配、改变器件的频响特性。江西BNC接口ESD保护元件原理ESD静电保护元件一般为硅基材料器件，相应速度可做到ps级。

ESD防护电路对高频信号质量的影响与改进。ESD防护电路的引入会影响电路的信号传输质量，使信号的时延、频响、电平等发生变化。在高频电路中，防护电路引起电路参数的改变而影响电路的阻抗匹配，防护器件的导通特性也会引起信号的衰减、畸变、限幅等效应。防护器件的结电容、箱位电压(成导通电压)是影响高频信号质量的关键因素。信号频率高于1GHz时，直接采用TVS和开关二极管作ESD防护，其结电容很难满足线路信号质量的要求，此时需要采用降低防护电路并联结电容的措施或采用LC高通滤波器结构。

静电干扰电流的放电路径主要有两条:一条通过外壳流向大地(大部分电流);另一条通过内部PCB流向大地(小部分)。静电放电电流属于高频信号,集肤效应及金属外壳的低阻抗特性(测试中检查了金属外壳的搭接性能,确认良好,如果搭接不好,也将引起额外的干扰,如案例“静电放电十扰是如何引起的”中描述的那样)使得大部分的静电放电干扰电流会从金属外壳流人大地。既然大部分的静电放电干扰电流已经通过金属外壳流人大地,那为什么还会出现ADC的异常工作呢?ADC电路的设计肯定存在较薄弱的环节。检查电路发现,ADC存在模拟地和数字地,电路设计时为了使数字电路部分的干扰不影响模拟电路部分,在数字地和模拟地之问跨接了磁珠进行隔离。单位面积的ESD防护能力大致如下：SCR＞MOS＞Diode（反向击穿）。

SCR器件是除正向Diode外抗ESD能力**强的器件。当阳极出现PositiveESDPulse时，Nwell/Pwell结发生雪崩击穿，击穿产生的电子电流和空穴电流分别流过电阻RNw和Rpw，使PNP器件和NPN器件开启，阳极的P+注入大量空穴，阴极的N+注入大量电子，注入的空穴成为NPN器件的基极电流，注入的电子成为PNP器件的基极电流，正反馈过程得以形成，使Nwell和Pwell均出现强烈的电导调制效应，继而降低器件两端的压降。因此，SCR器件的维持电压往往很低，并由此导致其抗ESD能力非常强，微分电阻也非常小。在阳极出现NegativeESDPulse时，电流可通过正偏的阴极P+/阳极N+释放。ESD静电保护元件一般并联在电流中使用。江西BNC接口ESD保护元件原理

典型的机器模型对小电阻放电的波形, 峰值电流可达几百安培，持续时间决定于放电通路的电感为几百纳秒。江西BNC接口ESD保护元件原理

在高频接口还可以采用电阻衰减网络和LC滤波电路形成ESD保护。电阻衰减网络在很宽的频带范围都有较好的适应性，但是它在衰减ESD脉冲的同时，对高频信号进行同比例衰减，改变了电路系统的增益分配，而且在低噪声要求的高频接口不能采用此方法。从图1的ESD频谱可见，数百MHz以下的高频接口很难使用滤波方法实现ESD防护，只有在GHz以上的高频接口且使用LC高通滤波器才具有可实现性。适用于高频信号接口的ESD防护电路必须有很小的并联结电容、较小的串联电感和很快的响应速度，这对防护器件参数的选取、PCB布局的寄生参数控制、阻抗匹配以及布板面积都有较高的要求，实际实现起来并不简单。江西BNC接口ESD保护元件原理

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