關于移動便攜設備應用的ESD設計考量

智能手機的廣泛興起和其種類繁多的應用、更快的網(wǎng)絡速度、以及更加實惠的數(shù)據(jù)計劃現(xiàn)已經(jīng)使移動社交網(wǎng)絡比桌面社交網(wǎng)絡更加流行。同時，許多便攜設備已經(jīng)演變成小型多功能性的計算設備，已經(jīng)能夠執(zhí)行非常多樣化的任務。

　　為滿足日益復雜的移動用戶的需求，便攜設備的設計導致更多的輸入/輸出（I/O）互連的集成。更高的電流密度、更小的晶體管幾何形狀、以及有限的用于芯片保護的可用空間都將導致增加電子元件對諸如靜電放電（ESD）等瞬態(tài)電氣過載事件的敏感性。對于這些有高數(shù)據(jù)流的應用，減少這些瞬態(tài)情況的事件的影響以防止現(xiàn)場輸入和設備輸出的數(shù)據(jù)損壞是一種重要的設計考量。

　　傳統(tǒng)上的ESD保護一般有各種齊納二極管、金屬氧化物可變電阻（MOV）和瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）。然而，由于USB3.0、HDMI 1.3/1.4、eSATA接口、Display Port和數(shù)字視頻接口（DVI）的高數(shù)據(jù)傳輸速率，傳統(tǒng)保護器件的寄生阻抗可能會扭曲和惡化信號的完整性。

　　正如圖1所示， 最新一代的硅ESD（SESD）保護器件可在空間受限的便攜式電子產(chǎn)品和手機中提供一種合適的ESD保護解決方案，可以幫助設備通過IEC61000-4–2的第4級測試。這些器件較前一代元件小大約70％。其低電容、低插損和高線性度的電容與頻率比，也有利于最大限度地減少信號衰減。

　　圖1、SESD元件由于其低電容量適用于各種高數(shù)據(jù)速率的應用

　　ESD基本知識

　　一個ESD事件是在兩個帶有不同靜電電位的物體之間發(fā)生的能量相互傳遞，通過接觸、電離放電或火花放電來完成。材料類型、接觸面積、分離速度、相對濕度和其他因素影響著由摩擦產(chǎn)生的電荷總量。一旦在一種材料中有電荷出現(xiàn)，它就會變成一個“靜電”電荷。這些電荷可能從材料中轉(zhuǎn)移，激發(fā)ESD事件的發(fā)生。

　　靜電的主要來源大多數(shù)是絕緣體和典型的合成材料，例如：乙烯樹脂、塑料工作平臺、絕緣鞋、成型的木制椅子、透明粘膠帶、氣泡袋和不直接接地的焊錫烙鐵。

　　如圖2所示：這是一個典型的ESD的特性曲線。為了模擬此類接觸放電事件，一臺ESD發(fā)生器產(chǎn)生了一個ESD脈沖到正處于測試的器件上。這類測試的特點是極短的上升時間和低于100ns的脈沖持續(xù)時間，是一個低能量的靜電脈沖。這些放電事件產(chǎn)生的電壓水平可能極高，因為它們的電荷是不會輕易通過其表面或向其他物體分散。

　　圖2、ESD發(fā)生器模擬的典型8KV的ESD脈沖