静电冲击ESD的危害和相应的电路防护措施的-硬件和射频工程师.PDF

静电冲击静电冲击 ESDESD 的危害和相应的电路防护措施的危害和相应的电路防护措施 静电冲击静电冲击 ESDESD 的危害和相应的电路防护措施的危害和相应的电路防护措施 李勇军 静电冲击 ESD 对电子设备的危害极大 欧洲从 1996 年就开始对电子设备抗静电冲击 的能力提出了标准 未达标的产品在欧洲很难销售 半导体芯片制造商对 ESD 问题也倾注了 很高的热情 对于那些与外界有接口的电路或芯片 如 RS-232 RS-485 串行接口 模拟开关 等 IC ESD 问题更显得重要 本文将讨论 ESD 的来源 造成的危害和相应的防护措施 以及 如何测试集成电路的防静电冲击能力 ESD 的来源及其危害 两种不同的材料进行摩擦后 可能一个带上正电荷 另一个带上负电荷 两者之间产生 一定的电压差 电压的大小取决于材料的性质 空气的干燥度和其它一些因素 如果带静电 的物体靠近一个接地的导体 会产生强烈的瞬间放电 这就是静电冲击 ElectroStatic Discharge 一般来讲 带静电的物体在理论上可以简单模拟成一个被充电到很高电压的小 电容 当集成电路 IC 经受 ESD 时 放电回路的电阻通常都很小 无法限制放电电流 例如 将带静电的电缆插到电路接口上时 放电回路的电阻几乎为零 造成可高达几十安培的瞬间 放电尖峰电流 流入相应的 IC 管脚 瞬间大电流会严重损伤 IC 局部发热的热量甚至会融化 硅片管芯 ESD 对 IC 的损伤一般还包括内部金属连接被烧断 钝化层被破坏 晶体管单元被 烧坏 ESD 还会引起 IC 的死锁 LATCHUP 这种效应和 CMOS 器件 内部的类似可控硅的结构单 元被激活有关 高电压可激活这些结构 形成大电流通道 一般是从 VCC 到地 串行接口器 件的锁死电流可高达 1 安培 锁死电流会一直保持 直到器件被断电 不过到那时 IC 通常 早已因过热而烧毁了 对串行接口器件来说 ESD 会使 IC 工作不正常 通讯 出现误码 严重的会彻底损坏 为分析故障现象 MAXIM 公司对不同厂家的 RS-232 接口器件做了 ESD 测试 一种故障现象是 串扰 信号接收器接收到的信号干扰了发送器 造成误码 图 1 另一种故障是在 IC 内部形 成了一条反向电流通道 使接收器端 口接收到的 RS-232信号 电平 10V 回馈到电源端 +5V 如果电源不具备吸收电流的稳压功能 过高的回馈电压会损坏其它由单电源 +5V 供 电的器 件 图 2 ESD 防护措施 对于串行接口器件 最简单的防护措施是在每条信号线上外加阻容元件 串联 电阻能够 限制尖峰电流 并联到地的电容则能限制瞬间的尖峰电压 这样做的成本低 但是防护能力 有限 ESD 的破坏力在一定程度上得到抑制 但依然存在 因为阻容元件并不能降低尖峰电压 的峰值 仅仅是减少了电压上升的斜率 而且阻容元件还会引起信号失真