解读ESD保护电路的设计

解读ESD保护电路的设计

       ESD 静电放电给你的电子产品带来致命的危害不仅降低了产品的可靠性，增加了维修成本而且不符合欧洲共同体规定的工业标准EN61000-4-2 就会影响产品在欧洲的销售，所以电子设备制造商通常会在电路设计的初期就考虑ESD 保护电路本文将讨论ESD保护电路的几种方法。

1 ESD 的产生及危害

       当两个物体碰撞或分离时就会产生静电放电ESD 即静态电荷从一个物体移动到另一个物体两个具有不同电势的物体之间产生静态电荷的移动，类似于一次很小的闪电过程放电量的大小和放电持续时间取决于物体的类型和周围的环境等多种因素，当ESD 具有足够高的能量时将造成半导体器件的损坏静电放电ESD 可能随时发生例如插拔电缆或人体接触器件的I/O 端口或者是一个带电的物体接触半导体器件半导体器件触地以及静电场和电磁干扰产生足够高的电压引起静电放电ESD。

       ESD 基本上可以分为三种类型，一是各种机器引起的ESD， 二是家具移动或设备移动引起的ESD ，三是人体接触或设备移动引起的ESD ，所有这三种ESD 对于半导体器件的生产和电子产品的生产都非常重要电子产品的使用过程最容易受到第三种ESD 的损坏，便携式电子产品尤其容易受到人体接触ESD 的损坏ESD 一般情况下会损坏与之相连的接口器件，另一种情况是遭受ESD冲击后的器件可能不会立即损坏而是性能下降导致产品过早出现故障。

       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ESD冲击后可能存在两个不易被发现的问题一般用户和IEC测试机构使用传统的环路反馈方法和插入方法进行测试通常检测不出这两个问题。

1 RS-232 接口电路中接收器对发送器产生交叉串扰

       同类产品RS-232 接口电路中的ESD 保护结构可能对某种波形的ESD或某个ESD 冲击电压失效经过ESD冲击后造成接收器输入端和发送器输出端之间形成通路从而导致接收器对发送器产生交调图一如果RS-232 接口电路中有关断电路那么关断期间经过ESD 冲击后更容易产生交调产生交调后将导致通信失败而且即使关断工作状态下发送器仍有输出导致关断失效使对方RS-232处在接收状态。

2 RS-232 接口电路对电源产生反向驱动

       某些RS-232 接口电路中的ESD 保护结构经过ESD 冲击后可能在输入端与供电电源Vcc之间形成电流通路图二对其供电电源产生反向驱动如果供电电源没有吸入电流的能力通常来讲电源输出回路里有一个正向二极管这将导致电源电压Vcc 的增加从而损
坏RS-232 接口电路和系统内的其它电路因为RS-232 接口电路输入端的电压在5V 到25V之间使Vcc 有可能大于9V 超出电源电压的最大范围而烧坏电路。