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何謂 EOS？
EOS是一個通用術(shù)語，表示因?yàn)檫^多的電子通過相應(yīng)路徑試圖進(jìn)入電路，導(dǎo)致系統(tǒng)承受過大壓力。有一點(diǎn)需要注意，這是一個隨功率和時間變化的函數(shù)。
如果將復(fù)雜電路看作一個簡單的消耗功率的元件，例如，將它視為一個電阻。在額定功率為1 W的1 Ω電阻上施加1.1 V電壓，計(jì)算功耗的公式如下：
計(jì)算得出，消耗的功率為1.21 W。雖然電阻的額定功率為1 W，但是可能存在一些余量，所以暫時不用擔(dān)心這一點(diǎn)。但并不能夠始終如此。
將電壓增加到2 V，會出現(xiàn)什么情況？如果功耗達(dá)到之前示例的4倍，那么電阻可能會像一個空間加熱器在很有限的時間內(nèi)提高環(huán)境溫度，但是請記住這個公式：
如果將電壓增加到10 V，但僅持續(xù)10毫秒呢？有趣的地方就在這里：如果不了解部件，以及設(shè)計(jì)處理部件的目的，您就無法真正了解會對該部件產(chǎn)生什么影響。現(xiàn)在，來看看整個元件系統(tǒng)。
哪些部分易受EOS影響？
一般而言，任何包含電子元件的部分都容易受到EOS影響。特別薄弱的部分是那些與外界的接口，因?yàn)樗鼈兒芸赡苁亲钕冉佑|到靜電放電(ESD)、雷擊等的部分。我們感興趣的部件包括USB端口、示波器的模擬前端，以及最新的高性能物聯(lián)網(wǎng)混合器的充電端口等。
圖1. 8 kV時的理想接觸放電電流波形。
如何知道要防范哪些問題？
雖然我們想要保護(hù)系統(tǒng)免受電氣過載，但是這個術(shù)語太寬泛了，對于決定如何保護(hù)系統(tǒng)沒有任何幫助。為此，IEC（以及許多其他組織）做了大量工作來弄清楚在現(xiàn)實(shí)生活中可能會遇到的EOS類型。接著將重點(diǎn)探討IEC規(guī)范，因?yàn)樗鼈兒w廣泛的市場應(yīng)用，而與該規(guī)范相關(guān)的混亂狀況也說明需要本文來厘清。表1顯示了三個規(guī)范，它們定義了系統(tǒng)可能遇到的EOS狀況類型。在本文中只對ESD做深入探討，同時也會讓大家熟悉電快速瞬變(EFT)和浪涌。
圖2. 符合IEC61000-4-4標(biāo)準(zhǔn)的電快速瞬變4級波形。
表1. IEC規(guī)范
集成電路制造商如何應(yīng)對芯片ESD？
芯片中的保護(hù)主要用于應(yīng)對制造過程中的ESD，而不是在系統(tǒng)通電狀態(tài)下的ESD。這一差異非常重要，因?yàn)樵诜糯笃鬟B接電源和沒連接電源時，其在遭受靜電時的反應(yīng)截然不同。例如，內(nèi)部保護(hù)二極管可消除在無電源供電時對部件的靜電放電沖擊。但是，當(dāng)有電源供電時，對部件的靜電放電沖擊可能會使內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)的電流超過其設(shè)計(jì)承受水平，這可能導(dǎo)致該部件損毀，具體由部件和電源電壓決定。
這是全球范圍內(nèi)亟待解決的問題！如何保護(hù)IC免受這種潛在威脅？
希望您能夠意識到，這個挑戰(zhàn)涉及很多因素，一個簡單的解決方案是無法應(yīng)用于所有情況的。下方是一個涉及因素列表，列出了決定部件能否承受EOS事件的因素。這些因素分為兩組：無法控制的因素和可以控制的因素。
無法控制的因素：
·IEC波形：ESD、EFT和浪涌的曲線各有不同，它們會以不同的方式攻擊器件的某些弱點(diǎn)。
·考慮器件的工藝技術(shù)：有些工藝技術(shù)比其他技術(shù)更容易發(fā)生閂鎖。例如，CMOS工藝容易發(fā)生閂鎖，但在許多現(xiàn)代工藝中，可以通過精心設(shè)計(jì)和溝槽隔離來減輕這種危害。
·考慮器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：集成電路的設(shè)計(jì)方法很多，所以對一種電路有效的保護(hù)方案對另一種可能無效。例如，許多器件都有時序電路，檢測到波形足夠快時，就會啟動保護(hù)結(jié)構(gòu)。這可能意味著，如果您在靜電放電的位置增加更多電容，那么能夠承受靜電放電沖擊的器件可能無法承受這種電容沖擊。這種結(jié)果出乎意料，但認(rèn)識到以下這一點(diǎn)非常重要：常見的電路保護(hù)方法，即RC濾波器，可能會讓情況更糟。
圖3. IEC61000-4-5浪涌在8 μs/20 μs電流波形位置轉(zhuǎn)為正常狀態(tài)。
可以控制的因素：
·PCB布局：部件離沖擊的位置越近，其電能波形就越高。這是因?yàn)椋?dāng)沖擊波形沿某條路徑傳播時，從傳播路徑輻射出去的電磁波會有能量損耗、這是由于路徑電阻產(chǎn)生的熱量以及與周邊導(dǎo)體耦合的寄生電容和電感所導(dǎo)致。
·保護(hù)電路：這是對器件的生存能力最有意義的部分。上述無法控制的因素將會影響保護(hù)方案的設(shè)計(jì)。
·現(xiàn)在有過壓保護(hù)(OVP)和過限額(OTT)特性。可以利用這些特性來保護(hù)電路不受高壓瞬變影響嗎？
OVP和OTT特性讓部件的輸入在承受超過電源電壓的電壓時，本身不會受到損壞。依靠這些特性來保護(hù)電路不受高壓瞬變影響，就像是依靠雨靴來應(yīng)對高壓沖水機(jī)一樣。雨靴只對水深不超過其高度的淺水沆有效，就像OVP和OTT只適用于比其額定值低的電壓。OVP和OTT的額定電壓比給定的供電軌電壓高幾十伏。它無法抵抗8000V的高壓。
