影響電路魯棒性的設計因素思考

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介紹

安森美半導體的魯棒性，操作溫度范圍是什么?高電氣噪聲如何處理?有關ESD和故障保護的怎么樣?這些問題不一定是設計工程師在選擇IC時認為的第一件事情。盡管如此，魯棒性是一個長期運行和可靠，信譽良好的高端產品的關鍵性能參數。這是在惡劣的工作環境是常見的工業環境設計系統時更是如此。工業設備，可以接觸到廣泛的溫度，高電氣噪聲的電源線或數據線，如ESD或短路故障事件。

今天事實上集成電路在工業環境中的溫度標準是-40°C至+85°C時，“擴展”+15°C間高于標準-40°C至+70°C的幾年前溫度范圍。行業的趨勢是越來越高的溫度下工作，并最終在新的期望將在-40°C至+125°C汽車行業。更高的電流和功率密度使它明顯的IC公司必須設計電路承受更寬的溫度范圍... 被冷落的決策過程。

處理電壓瞬變

經常會出現電壓瞬變電源線，因為接線不正確的或意外的短褲。如果投入得不到保障，這些瞬變可能會損壞下游電路。系列保險絲具有瞬態電壓抑制器(TVS)二極管組成一個簡單的和謹慎的電路歷來被用來保護對大多數瞬態電壓(圖1)。

圖1。瞬態電壓保護電路使用謹慎組件。

瞬態保護使用謹慎組件，然而，有其自身的局限性。TVS二極管保護閾值往往不能得到很好的控制，并且可以隨溫度急劇變化。另外，發生過壓條件后，需要更換保險絲。最后，大的瞬態需要大量的TVS二極管消耗的電路板空間和消耗額外的熱量。

更多的控制方式來管理過電壓和瞬態事件，是保護閾值和反應電路集成到一個集成電路。每次以確保可靠的響應，內部比較器和二極管的監督和保護IC 設計。一些集成電路集成了數據線的高電壓故障保護。為了保護本身不受損壞，故障保護裝置將鎖定時超過正常的數據線的電壓等級。這樣的一個例子是MAX4708復用器家庭的。MAX4708/MAX4709包括兩個故障檢測：一高邊高于積極軌NO_電壓探測器(V +)，和低端探測器NO_低于負軌電壓(V)(圖2)的。當在NO_電壓超過供電軌，在這一點上，N1和P1的場效應管都關閉發生故障情況。這種方法迅速斷開輸入和輸出的開關故障時，情況發生。

圖2。在MAX4708/MAX4709的功能框圖。

與RS-485收發器，也可以管理數據系統中的電壓瞬變。接收器輸入和輸出驅動器，一個RS-485 收發器，可能會接觸到比-7V至+12 V 共模 EIA/TIA-485標準工業系統在指定的范圍內顯著更高的電壓。新的收發器已設計能夠承受這些電壓事件，現在甚至可以承受高達±80V(地面)無損傷。這個國家的最先進的技術確保了可靠的保障和業務長壽。

防止ESD和故障

集成ESD電路保護IC ESD事件的損壞，并有助于使整個系統更健壯。

靜電放電(ESD)，另一種過壓事件發生時，兩種材料具有不同的電勢接觸，傳輸存儲的靜電荷，并產生火花。人與周圍環境的相互作用，往往會產生靜電火花。這些無意的火花可以改變的半導體器件的性能，降低或完全摧毀它。ESD是一個嚴重的工業問題，估計每年造成數十億美元的賠償金。ESD事件發生在事業領域單個組件故障，有時甚至是災難性的系統故障。

可以使用外部分立元件電路的ESD二極管和其他類型的保護數據線。許多IC器件集成了某種程度的ESD保護IC本身不需要進一步的外部保護。圖3顯示了一個非常簡化的功能框圖，一個共同的綜合保障計劃。尖峰電壓信號輸入/輸出(I / O的)被鉗位到V CC或GND和保護內部電路。許多接口產品和模擬開關，集成ESD保護設計符合IEC 1000-4-2標準。值得注意的是，馬克西姆最近取得其PROFIBUS的RS-485收發器，ESD 人體模型(HBM)的水平±35千伏MAX14770E。

圖3。簡化集成ESD保護電路。

結論

雖然魯棒性的工作溫度范圍，ESD和短路故障及線路保護，涵蓋了從不同組的設計問題，它不是通常的第一件事就是設計工程師地址。這可能是一個嚴重的錯誤。在工業市場中的應用需要強大的零部件能夠承受惡劣環境與領土。早在這些應用程序的設計階段，應考慮魯棒性。