实用的EOS和ESD保护实用方法

电气过应力（EOS）和静电放电（ESD）对集成电路是危险的。愚蠢的人类找借口，使用安慰剂，并希望物理定律不适用于他们。本文揭露了这种想法的愚蠢，并提出了保护电子系统的实用方法。

介绍

电气过应力（EOS）和静电放电（ESD）对电子电路构成了真正的危险。事实上，EOS和ESD是可预防IC故障的主要原因。有些人低估了EOS和ESD可能造成的损害的严重性。我们听到了很多关于为什么没有必要采取适当预防措施的借口：

“我不相信所有的hocus pocus（即花招）。

“我是一名工程师，这些年一直没有问题。

“这里的湿度很高。”

“我们已经在印刷电路板（PCB）中内置了ESD保护。

“所有IC都有内置的ESD保护。

“从统计学上讲，可能性是不会发生任何事情。

本应用笔记揭露了这种错误思维的愚蠢，并提出了保护电子系统的实用方法。

物理定律和EOS/ESD定律

我们首先回顾这些熟悉的借口，即缺乏适当的EOS和ESD保护。

不幸的是，一个信念——即使是一个坚定的信念——通常与物理定律几乎没有关系。安慰剂可以在医学上起作用，因为人类大脑的控制力比我们预期的要多。所有相信重力会停止的人，并不能阻止我们跌跌撞撞。无论人们如何看待“hocus pocus”，当涉及到工程时，物理定律将始终适用。

无论一个人的职业如何，物理定律都存在。因此，如果一个部件没有立即在烟雾中燃烧，并不意味着没有EOS或ESD。明显的功能也不意味着零件没有损坏，以后不会死。

高湿度确实会降低ESD电压。但是，请记住，建筑物的空调系统正在消除湿度，使我们感到舒适。人类并不擅长猜测相对湿度水平，这是事实。

板 ESD 保护就像我们汽车中的安全气囊——它们用于事故而不是日常使用。内置ESD保护功能可降低损坏的机会，但不能完全消除受伤的可能性。

虽然大多数IC集成了ESD保护，但ESD结构由微小元件组成。同样，它们是用于事故而不是日常使用。

“从统计学上讲，这不会发生在我身上。如果从统计上讲，大多数汽车事故确实发生在离家25英里的范围内，那么更远的地方就不会发生事故吗？请记住，数字不会说谎，也不会颠覆物理定律

可靠的ESD保护符合物理定律

普通的 ESD 腕带是带有串联（限流）电阻器的导电带，通过电线和鳄鱼夹连接到接地或参考点。大多数公司每天都会多次测试这种ESD保护的有效性。佩戴腕带的人前往 ESD 测试站，将鳄鱼夹连接到接地端子。当人将手指触摸到另一块测试金属板上时，机器会向人的身体增加静电势。如果电压升高，则腕带失效;如果接地有效地降低电压，则表带适合继续使用。

经过验证的过程遵循物理定律并且是可靠的。但仍有一些消息来源颠覆了这一过程，并将有效的 ESD 腕带转化为 ESD 安慰剂。这是上述A项中的ESD hocus pocus。例如，取上相同的腕带，不要将鳄鱼夹连接到 ESD 测试仪接地。现在，当用手指触摸金属板时，电压升高，腕带失效。多年来，一直有公司销售没有地线的腕带或声称地线是可选的。

这种无线腕带假听起来很愚蠢，甚至像个笑话，但事实并非如此。几年前，另一家半导体公司的一位朋友讲述了一个故事。多年来，他们一直在从一家大型离岸制造商那里购买产品，但突然发生了一些变化。他们发现进口零件中的ESD损坏。当被问及时，离岸消息人士表示没有任何变化，他们采取了严格的ESD安全预防措施。最后，这家半导体公司将一位ESD专家带到了制造商的位置。一走进工厂，专家就看到到处都是无线腕带。通过更换接地线解决了ESD问题，并且ESD损坏的部件数量急剧下降。

IC 中的 EOS/ESD 保护

我们如何保护电子产品免受ESD和EOS的影响？

IC内部的ESD结构设计用于在客户将器件安装到其产品PC板上之前对其进行保护。由于IC尺寸有限，因此无法承受系统ESD事件。然而，在电路板层面，输入和输出可以具有更稳健的ESD结构。这些外部分立元件往往比IC的内部ESD保护元件在物理上更大，并承载更大的电流。

PC 板通过分立式硅（小信号或基准）、肖特基二极管、雪崩（齐纳）二极管、瞬态电压抑制 （TVS） 二极管、气管放电器件、电阻器、电感器和金属氧化物压敏电阻 （MOV） 的组合来防止 ESD。串联电阻器和电感以及接地电容可用作低通滤波器。火花的上升时间非常快，因此我们可以减慢它的任何方法都会降低峰值电压。

图1.典型的内部 IC ESD 结构。

图1所示的ESD结构位于IC内部。图1C是最常见的设计，在输入和输出信号引脚上使用两个二极管。大多数IC数据手册都规定，这样的引脚的最大值电压从-0.3V（如果接地是最低电压）到V抄送（电源）加0.3V。这些是正向压降为0.6V的硅二极管，那么为什么数据手册说0.3V？答案是因为在高温下，二极管开始泄漏大量电流。二极管对地的操作通常很明显。二极管至 V抄送要求电源为低阻抗才能有效。除非电源非常接近，否则低阻抗由去耦或旁路电容器处理。

在图1B中，电源引脚没有更高的电压连接，因此齐纳二极管将保护该引脚。图1A中的齐纳二极管出现在隐藏用途的引脚上。例如，一个零件，特别是IC的数字部分，可能具有特殊的测试或微调模式，用于自动工厂测试。要进入此模式，可以将引脚拉出一个高于V的二极管压降抄送.测试后，断开IC电源以退出测试模式。

除了大多数模拟产品内置的ESD保护外，Analog 还生产专门的 ESD 保护和其他故障保护器件，包括 ESD 保护二极管、模拟开关和多路复用器、开关去抖动器/保护器、过压保护 （OVP） 控制器、信号线保护器、锂离子 （Li+） 电池保护器以及限流和 USB 电源开关。

审核编辑：郭婷