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移动设备应用的ESD设计考量 |
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作者：TE Connectivity电路保护部 Kedar Bhatawadekar |
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智能移动电话的广泛兴起和其种类繁多的应用、更快的网络速度、以及更加实惠的数据计划，现已使移动社交网络比桌面社交网络更加流行。同时，许多便携设备已经演变成小型多功能性的计算设备，能够执行非常多样化的任务。
为满足移动用户日益复杂的需求，便携设备的设计集成了更多输入/输出（I/O）互连。更高密度的电流、更小尺寸的晶体管、以及有限的用于芯片保护的空间，都将增加电子元件对诸如静电放电（ESD）等瞬态电气过载事件的敏感性。对于这些高数据流应用，减少这些瞬态事件的影响，以防止现场输入和设备输出之间的数据损坏也是一项重要的设计考量。
图1所示的是一个典型的ESD特性曲线。为了模拟此类真实的接触放电事件，一台ESD发生器产生了一个ESD脉冲到正处于测试的设备上。这类测试的特点是短上升时间和低于100ns的短脉冲持续时间，这可以表明这是低能量的静电脉冲。这些电源产生的电压值可能极高，因为它们的电荷还没有准备好通过其表面发散或向其他物体传导。虽然会出现短暂的不舒服，但这些高电压并不会对人体造成危害，因为脉冲持续的时间非常短暂，因此其带来的能量非常低。然而，它们对敏感的电子元件的影响却是非常致命的。
图1：由ESD发生器模拟的典型8KV的ESD脉冲
TE电路保护部的ChipSESD器件在8x20μs浪涌测试的额定浪涌保护值为2A，ESD额定保护值为10kV的接触放电。该器件的低漏电流（最大1.0μA）降低了功耗，快速响应时间（<1ns）帮助设备通过IEC61000-4–2标准的第4等级测试。其4.0pF(0201封装)和4.5pF（0402封装）的输入电容值，使其适合用于各种各样的移动便携设备应用。
随着移动设备越来越广泛的应用，用户在连接和断开电缆时将有更大可能触碰到I/O连接器的引脚。在正常工作情况下，触碰到一个暴露的端口或接口，可以导致电压为30kV以上的放电。
小体积的半导体器件由于不能承受过高的电压、过高的电流或者是两者的结合而被损坏。高电压可能导致栅极氧化层被击穿，而过高的电流会造成结故障和金属连线熔化。
依据国际标准IEC61000-4-2，大多数的电子设备必须满足抵御最低8kV的接触放电或者15kV的空气放电。一些硅器件有内置的、额定值高达2kV的保护电路，而其他则并没有内置保护电路。为了提高其生存能力，系统中必须设计芯片外部的额外保护电路。
在高速I/O接口的ESD保护设计中，有两个主要的设计考虑因素：
于高速I/O接口的ESD保护电路必须足够强大，以能够有效地保护内部电路的薄栅极氧化层免受ESD冲击带来损坏。
由于ESD保护器件的寄生效应带来的高速电路的性能恶化需要被降到最低。如果ESD保护器件具有高电容值，它能够衰减信号并造成数据丢失。在非常高的、已经达到的GHz范围的频点上，可能只有少数的元器件有一个足够低的电容值（小于一个皮法）以防止信号失真。
分立元件走向小型化的趋势仍在继续，这经常给设计师带来困难的和耗时的工程样机制作和返修挑战，以及生产工艺的控制问题。新的、更小的芯片级ESD元件（小到0201尺寸）满足了高速应用的性能需求，同时也能够帮助解决装配和制造挑战。
如图2所示：芯片级ESD器件常常用于转移具有潜在破坏性的电荷，使其远离敏感的电路，并帮助保护系统免于故障。通过将一个有源硅器件的优势与传统的表面贴装技术（SMT）无源器件封装配置相结合，它们比传统的半导体封装ESD器件更容易安装和返修。
图2：ChipSESD器件有助于保护敏感电路免受ESD的损害
小结:
便携设备的持续小型化与功能提升，导致了系统需要更强有力的保护，以免受ESD事件引起的损坏。ESD瞬态事件可能破坏设备的运行，或者导致潜在的危害和安全隐患。小体积、低电容的SESD器件提供了一种解决这些挑战的简单、高性价比的解决方案。
TE电路保护部的ChipSESD器件在8x20μs浪涌测试的额定浪涌保护值为2A，ESD额定保护值为10kV的接触放电。该器件的低漏电流（最大1.0μA）降低了功耗，快速响应时间（<1ns）帮助设备通过IEC61000-4–2标准的第4等级测试。其4.0pF(0201封装)和4.5pF（0402封装）的输入电容值，使其适合用于各种各样的移动便携设备应用。(end)
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(9/20/2012) |
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