直线斜率是ESD保护的关键

　　随着电子产品中的电子元件不断缩小，电路变得越来越灵敏、越来越难以保护，因为这些元件在制造时采用了深亚微米硅处理工艺。瞬态过压事件会导致软故障、潜在故障，甚至灾难性故障。静电放电，即通常所说的ESD事件，就是常见的瞬态过压。事实上，现在半导体厂商生产的集成电路通常配有最低水平的ESD保护，只是这种保护水平一般比较低(500V)。而且在用户手中使用时，所采用的ESD测试模型也与业内所见的迥然不同。

　　作为设计工程师，需要注意的是，产品在日常使用过程中，会出现较高的ESD威胁。例如，当人们从地毯上走过时，会产生超过15kV的ESD,如果这种程度的ESD被释放到USB端口，那么芯片内的保护电路会严重受损，进而损伤保护电路所保护的电路系统，USB会因此而失效，无法使用。

　　所需的敏感电路保护

　　一个典型的例子表明，全球电子制造商与其元件供应商之间合作的密切程度是找到问题解决方法的关键：去年，一家电子消费品、移动通信和家电市场龙头制造商联系力特(Littelfuse)帮助他们解决一个潜在的严重问题。他们查明，一个关键的集成电路经常遭受通过USB端口的损坏。这个集成电路通过提供WiFi连接使液晶电视变得“智能”.这家公司已对多个不同的器件进行的测试，只能取得最大3.5kV的系统静电放电抗扰度。其他公司的ESD解决方法都不能满足其保护要求。在调查了设计及了解了目标ESD抗扰度水平后，力特确定，能够提供一种能满足其需要的器件。

　　图1:通用I/O端口静放电电流路径。

　　力特在中国无锡设立的生产和测试中心为该公司确定了合适的解决方案。在进行应用级别的试验的过程中，力特展示了系统级别性能的动态电阻的重要性。动态电阻是抑制器的有效电阻，同时也能抑制ESD脉冲。这是确定器件对ESD脉冲的分流情况有多好的关键因素，对ESD进行分流最终可确定集成电路是否能得到保护。[!--empirenews.page--]

　　另一种相应的方法是，测试保护器件V-I曲线具有多缓多陡的坡度，其决定动态电阻的高低。通过测试大批动态电阻不同的现成器件，可确定动态电阻约为0.25Ω(以TLP或传输线脉冲测定)的器件足可以保护集成电路。最终，力特确认自己可以按需要的波形系数设计一种新型器件，其动态电阻十分接近相应的要求，同时电容又足够低，可以保持USB端口信号的完整性。

　　SP3031诞生

　　4个月后，我们成功研制出SP3031-01ETG.SP3031-01ETG包含2个低电阻导向二极管，另外还有一个箝位TVS二极管，三者全都集装在大小仅为1.0×0.6mm的0402管壳内。通常，电容和动态电阻彼此互不相容。二极管越大，电容就越大，但相应地，额外区域提供的动态电阻会比较低。因此，很多时候，客户只得舍弃信号完整性(即高电容)，来取得较低的动态电阻(即较好的箝位)。在这种特殊情况下，高速USB可以约1~2pF的电容运行，但客户的目标是小于1pF,以保证最低程度的信号完整性。除此之外，该目标还要求较低的动态电阻值，而这一般常见于电容为15~20pF的产品中。这种新的解决方案要求使用专利半导体处理工艺和硅设计技术。

　　事实证明，如果客户能够与其元件供应商在其位于中国的制造地会面，亲眼目睹测试的进行以及元件与整个系统的相互配合，情况可能会更好。这是一次可以更好地了解单个ESD部件，与整个系统ESD抗扰度之间的关系及性能的机会。

　　图2:动态电阻图示。

　　SP3031现在已进入批量生产，并于2013年底发货装运。得知2015年相关款式的电视可能要求更高水平的ESD抗抵度(可能是6kV)，力特正在努力设计新型保护元件，通过进一步降低系统动态电阻，降低箝位电压，同时又保持较低电容和信号完整性来满足上述要求。通过此次范例分析，我们可得出结论：保护60寸智能电视不受ESD侵扰可采用0.6mm2硅。