EDA/PLD中的选择高效ESD保护器件的诀窍

随着更新的集成电路(IC)技术采用更小的几何尺寸和更低的工作电压，不断更新换代的便携产品对静电放电(ESD)电压损害越来越敏感。有鉴于此，手机、MP3播放器和数码相机等便携产品的设计人员必须评估各种可供选择的ESD保护解决方案，确保他们所选择的解决方案能满足当今IC不断变化的需求。本文将探讨选择有效ESD保护解决方案的关键步骤。 　　ESD波形 　　以系统级的方法来定义典型的ESD事件所采用的最常见的波形，是以其亚纳秒上升时间和高电流电平(参见图1)为显著特征的IEC61000-4-2波形。这种波形的规范要求采用四级ESD量级。大部分设计工程师都要求把产品限定到最高级的8 kV 在电子设计自动化（EDA）和可编程逻辑器件（PLD）的设计中，选择高效的静电放电（ESD）保护器件是至关重要的。随着集成电路技术的进步，元件尺寸不断缩小，工作电压降低，使得便携设备如手机、MP3播放器和数码相机等对ESD的敏感度显著增加。设计人员必须在众多的ESD保护解决方案中做出明智的选择，以满足现代IC不断发展的需求。 ESD事件的特征通常用IEC61000-4-2标准的波形来描述，这是一种具有亚纳秒上升时间和高电流水平的波形。该标准定义了四个ESD量级，大多数设计工程师倾向于选择最高级别的8kV接触放电或15kV空气放电。然而，对于微小的元器件，由于空气放电测试的不可重复性，接触放电测试成为更适用的测试方法。 在选择ESD保护器件时，设计者需要考虑几个关键因素。保护器件必须能够将ESD的高电压降至IC可承受的安全水平，并能有效地旁路电流。由于现代IC对ESD的耐受电压降低，设计师不仅需要找到符合IEC61000-4-2第4级标准的保护器件，还需要确保器件能将ESD脉冲钳制在足够低的电压，以防止IC受损。 保护二极管的直流特性，如击穿电压、漏电流和电容，是评价其性能的重要指标。然而，这些静态参数并不能完全反映器件在高速瞬态ESD事件中的表现。为了评估器件的实际钳位性能，需要通过示波器捕捉ESD事件期间二极管两端的电压波形。在IEC61000-4-2测试中，关注的钳位电压是第二个峰值，因为它持续时间较长，对IC的影响更大。 为了进行公正的比较，应选取具有相似封装尺寸和参数的保护二极管。例如，比较的三个双向ESD保护二极管（RSB6.8CS、PG05DBTFC和ESD9B5.0ST5G）都具有相同的击穿电压（6.8V）、电容（15pF）和封装尺寸（1.0 × 0.6 × 0.4 mm）。尽管它们在直流特性上的表现相似，但在处理ESD事件时可能会有不同的钳位性能。 选择高效的ESD保护器件不仅需要考虑器件的静态参数，还要深入理解其动态性能，特别是在高频率、高瞬态电流条件下的表现。通过详细的测试和分析，设计人员可以确定最适合特定应用的保护解决方案，从而确保设备在面对ESD事件时的可靠性。