设计用于在非标准工作期间保护MAX2140的内部ESD二极管

MAX2140 SDARS接收器在热插拔工作期间（接通或断电）时可能会遇到内部ESD二极管故障，这不是本器件的标准操作。虽然这在许多应用中都可能发生，但在汽车行业中，热插拔的可能性很高。本文回顾了热插拔期间ESD二极管问题的原因，并帮助计算和正确设计电路以防止故障。

介绍

在组装、测试和故障排除过程中，有些情况要求MAX2140 SDARS接收器具有非标准性能。其中一个例子是“热插拔”，即在通电时连接或断开包含设备的电路。热插拔在汽车行业尤其常见，其中组件的模块化设计、模块之间的距离以及同时工作的众多系统需要重新连接模块。

热插拔操作如何导致二极管故障

热插拔会导致瞬变，其特征是显著的电压、电流浪涌、振铃和极换。瞬态过程背后的物理原理包括能量交换、有限的充电/放电时间和自共振。

图1给出了MAX2140的常见热插拔工作原理。

图1.MAX2140在汽车工业中的常见用途图示。

在热插拔事件期间，接口电缆上将累积电压降（在图纸上显示为红色箭头）。同时，天线模块内的旁路电容器充当电气短路。因此，MAX2140的电气接地高于天线模块的电气接地。这种差值会在短时间内在MAX2140的内部ESD二极管上产生正向电压，该二极管从IC的地连接到引脚16。该正向电压尖峰可能超过器件的绝对最大额定值，称为电气过应力（EOS）。二极管的正向电压额定为-0.3V至+4.3V （V抄送_xx到GND;VINANT to GND;AGCPWM到GND;VOUTANT to GND）。设计仿真表明，-1.3V/72mA是短期工作的可能。

防止ESD二极管故障的设计

预防EOS的最佳方法因您的应用而异。以下是一些常见的建议设计修改：

避免使用过大的电抗：存储、旁路电容器;射频噪声扼流电感器;长接口。

重新路由浪涌电流：为每个模块提供短而牢固的接地;添加外部二极管与内部二极管并联;将二极管放在大线圈上。

顺序电源（如果可能）：按顺序打开电源;向内部用户引入可编程延迟。（Maxim拥有广泛的电源排序产品线。

下面的设计示例（图2）显示了MAX2140的本地接地和肖特基二极管，为电流浪涌提供足够的旁路。

图2.MAX2140接收器和天线模块之间的设计修改示意图。修改将阻止EOS。

具体的设计修改是：

MAX2140接收器和天线模块之间的电缆具有0.5Ω电阻，无电感。

天线模块具有一个 100μF 旁路电容器。

MAX2140接收器为天线模块提供5V电压。

现在可以合理地问，在前40μs瞬变期间，通过电容器的最大电流和电缆上的压降是多少？这些值可以通过以下公式确定：

该公式计算通过电容器的瞬时电流，其中du和dt可以相应地替换为增量值。这里C是电容器的值。

电容器将从0V充电至5V。

这表示0到40μs之间的时间间隔。

通过旁路电容器的电流可以用下式表示：

40μs瞬态期间电缆上的压降为：

例如，电压可能为6.25V/12.5A，大大超过了内部ESD二极管的短期要求。增加一个肖特基二极管将绕过瞬态期间的大部分电流浪涌。用于脉冲应用的通用肖特基二极管是这项任务的良好候选者。根据上图2中的设计，短电缆将显著降低电阻和压降，而使用合理的电容器值会将最大电流浪涌降低到可接受的水平。

结论

有一些方法可以适应器件的非标准使用，例如MAX2140接收器的热插拔操作。为了取得成功，该过程需要对产品进行仔细设计和适当的测试，以及Maxim的支持和批准。

* 超出“绝对最大额定值”的应力可能会对设备造成永久性损坏。这些绝对最大额定值仅为压力额定值。不暗示设备在此条件下或操作规范中指示的任何其他条件下的功能操作。长时间暴露在绝对最大额定值条件下会影响器件的可靠性。

审核编辑：郭婷