集成电路电磁兼容性及应对措施相关分析(一) 电子系统性能要求与ESD问题

此专题将从三个方面来分享：

 一、电子系统性能要求与ESD问题

二、集成电路ESD问题应对措施

三、集成电路ESD测试与分析 
 

 

工业、消费及汽车电子模块开发的 EMC 问题会导致极高的开发成本和时间浪费。在开发过程中，为了解决 EMC 问题，需要投入大量的人力、物力和时间进行测试、改进和优化，这增加了开发的复杂性和成本，同时也可能导致项目延期。

 

 

电子系统性能要求与ESD问题

电子模块开发中的EMC问题：工业、消费及汽车电子系统必须满足不断提高的性能要求。随着智能化、电动化的发展，这些电子系统需要处理更多的数据、实现更复杂的功能。这就要求电子模块具有更高的集成度、更快的处理速度和更低的功耗，从而增加了EMC问题的复杂性。

高性能需求下的IC应用：由于电子系统对性能的要求不断提高，越来越多的高度集成、ESD 敏感的集成电路(IC)被应用于该领域。这些 IC 能够提供更高的性能和更多的功能，但同时也更容易受到静电放电(ESD)的影响。当 ESD发生时，可能会在IC内部产生瞬间的高电压和大电流，从而损坏 IC 的内部结构，导致其功能失效或出现异常。这些故障不仅会影响汽车电子系统的正常运行，还可能会导致安全隐患。

ESD 对高度集成微控制器的影响：主要影响高度集成的微控制器敏感区域，其中振荡器单元和锁相环(PLL)单元对ESD过程非常敏感。振荡器单元是微控制器的时钟源，负责产生稳定的时钟信号，而 PLL 单元则用于对时钟信号进行倍频、分频和相位调整等操作。如果这些单元受到 ESD 的影响，可能会导致时钟信号的不稳定或错误，从而影响整个微控制器的正常运行。目前的电子应用在最坏情况下甚至无法达到 2kV 的ESD 抗扰度。这意味着在实际应用中，即使是相对较小的 ESD 事件也可能会导致电子设备出现故障。特别是对于那些带有散热器的微控制器应用，经验表明它们特别敏感，因为散热器可能会增加 ESD 的耦合路径，从而使 ESD 更容易影响到微控制器内部的电路。

散热片对 ESD 敏感性的影响：经验表明，带有散热片的微控制器应用对 ESD 特别敏感(图1)。图 1显示了 ESD 干扰的工作原理。这是因为 ESD 发生器会将干扰脉冲耦合到散热片中，从而在散热片和电子模块之间产生电压差，进而在两者之间产生电场干扰。由于散热片与 IC 距离较近，在 0.2 至 1 毫米的范围内，这种高电场强度可能会导致 IC 失效。

 

（图1） ESD 干扰的工作原理

（图2）用场源检测到的微控制器敏感区域

手动对电场源集成电路(IC)进行检测将会发现，锁相环(PLL)和振荡器区域特别敏感。对IC故障进行的相应分析证实了锁相环和振荡器存在故障。

根据图 1 中的示例，以将静电放电(ESD)抗扰度定位到相应的故障部分：

 

振荡器单元在2KV ESD

 PLL 电池单元的 3 KV ESD

下一篇将接着分享《ESD问题应对措施》
 

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