您的集成电路 (IC) 中的 ESD(静电放电)内部晶体管,例如您的放大器、ADC 或 DAC,绝对可以拯救您的培根。
是的,它是真实的。您的集成电路 (IC) 中的 ESD(静电放电)内部晶体管,例如您的放大器、ADC 或 DAC,绝对可以拯救您的培根。这些方便的 IC 晶体管在作为保护装置的预组装处理和组装操作期间几乎瞬间开启。但要小心,因为您假设这些晶体管将为您提供全面和终极的保护。这些晶体管设计用于在高电压 (kV‘s) 环境中处理处于不同静电势的物体或表面之间的静电荷转移,并用于短时间事件 (1-100ns)。不犯错误。我说的是“失控”事件。
那么,如果您的设备被焊接到您的 PCB 上并且引脚输入或输出稍微超出指定的电流或电压限制,会发生什么情况?这个问题的关键词是“逗留”。您的芯片的 ESD 晶体管很可能会因短路或开路而失效。这种类型的情况称为电气过应力 (EOS)。处于 EOS 条件下的电路会承受超过 IC 最大额定值的电流或电压。EOS 电压大于 IC 器件引脚的指定电压,不再是几乎瞬时的事件。这种类型的事件是一种低功耗的电路内事件,它与 IC 器件的内部电路相互作用(图 1)。
图 1. 在预组装处理和组装操作期间可能发生 ESD 事件。EOS 事件可能发生在 PCB 上。
EOS 活动的设置很容易实现。例如,如果您有影响放大器高输入阻抗的意外电磁干扰 (EMI) 信号,您会看到信号发生惊人的变化(图 2)。
图 2. 输入信号可能超过 MAX40006 CMOS 运算放大器 (op amp) 的最大或最小工作规格的缓冲器。
在图 2 中,低功耗 CMOS MAX40016 放大器采用单位增益或缓冲配置。放大器的输入信号 V IN的幅度在规定的输入范围内。输入端 (V EMI )上存在第二个意外电磁干扰信号,该信号被传输并添加到放大器的输入端。可能发生 V EMI的一个例子是,如果您在 PCB 上靠近放大器的高阻抗输入走线有一条开关数字线。第二个无用信号的影响是毁灭性的(图 3)。
图 3. MAX40006 CMOS 放大器中过驱动波形的 PSPICE 仿真。
在图 3 中,V EMI污染了预期的低频信号 (V IN )。V EMI加上V IN的电压立即作用于MAX40006的CMOS输入晶体管。如果输入信号足够大,ESD电路可能会被输入信号触发。例如,对于第一个 V EMI高信号(大约 0.0 到 0.4 ms),组合电压保持在 MAX40006 的 ±2.5 V 电源轨内:没有任何危害。当 V EMI尖峰达到 1.0 V 时,V IN加 V EMI的组合驱动MAX40006输入和ESD器件超过器件的最大规格约0.4 ms。MAX40006 输入晶体管两端的高电压对正电源造成破坏性极强的短路。由于图 3 显示的是模拟数据,我们没有看到 MAX40006 在现实生活中可能遭受的物理损坏的结果。
集成电路,例如放大器,通常不包括针对 EOS 事件的保护。如果幸运的话,集成的静电放电 (ESD) 保护电路会在 EOS 事件期间激活并提供足够的保护。不太好的消息是 ESD 电路不是专门为处理 EOS 情况而设计的,在这种情况下可能会损坏,无法修复。因此,该电路的预防措施是确保减轻 EMI 信号路径。
审核编辑:郭婷
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