На каких сайтах работает схема ЭЦП

Обновлено: 21.11.2024

Мы ищем инженера по цепям EDS, который присоединится к нашей быстро растущей команде систем распределения электроэнергии. Эта роль будет разделена между нашим читальным офисом (2-3 дня в неделю) и удаленной работой.

Мы работаем над решением некоторых из самых сложных экологических проблем в центре города, логистикой последней мили, что означает возможность оказать значительное влияние на мир вокруг нас и на то, как он будет выглядеть в будущем, с самого первого дня.

Мы хотим революционизировать логистику в центре города, чтобы сделать городскую среду лучшим местом для жизни и работы. Мы создаем самые безопасные в мире коммерческие автомобили, переосмысливая традиционные принципы проектирования грузовиков благодаря нашей полностью электрической трансмиссии и тем самым защищая уязвимых участников дорожного движения. Наша электрическая трансмиссия также устраняет вредные выбросы выхлопных газов, удаляя вредные загрязнители, которые способствуют изменению климата. Важнейшей частью нашего пути является создание команды выдающихся сотрудников, разделяющих наше видение будущего и наши ценности безопасности и устойчивого развития.

Вы присоединитесь к команде мирового уровня, которую поддерживают лучшие инвесторы, верящие в будущее, которое мы создаем. У нас есть амбициозные планы роста на 2021 год и далее, масштабируя нашу команду и деятельность в захватывающем темпе. Мы — компания, которой руководят люди, нацеленные на создание исключительного бизнеса, и все сотрудники обладают высоким уровнем автономии и платформой для оказания реального влияния.

Наша компания, основанная в 2019 году, занимается производством электрических грузовиков специально для использования в городах и городских районах. Цель компании — устранить выбросы выхлопных газов, уменьшить загрязнение города и полностью перепроектировать автомобиль, чтобы сделать его значительно более безопасным как для водителей, так и для пешеходов и велосипедистов. Мы небольшая и сплоченная команда, которая хочет работать с теми, кто разделяет нашу страсть, наши ценности и наше стремление сделать центры городов безопаснее и чище.

Вы будете участвовать в разработке электрической схемы для одной из платформ Volta Trucks. Команда состоит как из внутренних руководителей, так и из внешнего ресурса. Вы будете тесно сотрудничать с руководителем схемы, руководителем проекта и группами 3D-проектировщиков, чтобы возглавить команду, создающую электрические схемы и 2D-чертежи жгутов как для низковольтных, так и для высоковольтных систем. Вы будете определять, разрабатывать и реализовывать электрическую стратегию. Объем этого будет включать в себя право собственности от концепции до конца срока службы.

Чтобы схемы могли противостоять электростатическому разряду при нормальной работе и повышать устойчивость при производстве и ремонте и т. д., необходимо следовать некоторым рекомендациям по проектированию.

Хотя использование зоны, защищенной от электростатического разряда, является правильным подходом для любой операции, связанной с работой с электронными компонентами и сборками, все же необходимо обеспечить их максимальную надежность в результате их конструкции.

Выполнение рекомендаций по проектированию для защиты от электростатического разряда необходимо для любых цепей, которые взаимодействуют с внешним миром.

Часто бывает, что оборудование имеет разъемы для внешних интерфейсов — они подвержены воздействию статического электричества, поскольку оборудование часто может использоваться в средах, не защищенных от статического электричества. Важно, чтобы они были защищены. Кроме того, если оборудование спроектировано надежным образом, оно с меньшей вероятностью выйдет из строя.

Требования к защите от электростатического разряда

Поскольку электронные устройства, используемые в современном электронном оборудовании, чувствительны к электростатическому разряду, необходимо использовать рекомендации по проектированию ESD, которые гарантируют, что используемые устройства будут защищены от его воздействия. Рекомендации по проектированию ESD и используемая защита имеют особое значение, когда любые соединения находятся на периферии оборудования и могут быть доступны через пользователя.

При доступе к внешним портам пользователи не будут принимать никаких мер предосторожности против электростатического разряда, если они вообще об этом знают. Поэтому необходимо обеспечить полную защиту любых внешних портов, которые могут существовать.

Электронные устройства, производимые сегодня, часто должны выдерживать контактный разряд 8 кВ (т. е. когда напряжение 8 кВ разряжается непосредственно на контакт через металлический контакт) или воздушный разряд 15 кВ (где точка 15 кВ близка к штифт и разряды через воздушный зазор). Хотя это и является целью, не все устройства переживут это, и во многих случаях разряд может быть больше, чем это. Поэтому целесообразно добавить дополнительную защиту.

Методы проектирования ESD

Ключом к рекомендациям по проектированию ESD для защиты устройств на любых внешних линиях ввода/вывода (I/O) является предотвращение повышения напряжения выше уровня, который может повредить интерфейсное устройство. Это может быть достигнуто с помощью схемы, которая ограничивает максимальные напряжения сразу за пределами максимальных рабочих пределов. Обычно это может быть чуть выше напряжения на шине и чуть ниже линии нулевого напряжения.

В типичной схеме, которую можно использовать для ограничения напряжения, используются диоды с обратным смещением от входной линии к шине напряжения и к земле. Эта схема защиты от электростатического разряда должна обеспечивать ограничение скачков напряжения на входной линии. Диоды также должны иметь низкий уровень остаточного тока, а емкость должна быть низкой, чтобы не нарушались частотная характеристика/скорость передачи данных и другие входные параметры.

Диоды, используемые на входе цепи для защиты

Работа схемы очень проста, поскольку диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении в нормальных условиях работы. Однако, если возникает импульс, который повышает входное напряжение выше напряжения на шине, верхний диод D1 будет проводить. Точно так же, если напряжение падает ниже напряжения земли, другой диод, D2, будет проводить. При использовании обычных сигнальных диодов максимальные скачки напряжения, которые можно ожидать на входной линии в первом анализе, могут составлять +0,5 В над шиной и -0,5 В под землей. Однако это не всегда так, как показано ниже.

Типичная кривая отклика на электростатический разряд определяется стандартом IEC61000-4-5 и моделирует типичную кривую электростатического разряда. Форма волны имеет время нарастания около 1 нс, а пик уровня тока составляет 30 А. Для подавления этих напряжений требуются очень эффективные схемы фиксации, а в руководствах по проектированию электростатических разрядов должны быть указаны допустимые компоненты и пределы производительности.

Форма импульса IEC 61000-4-2, используемая для имитации электростатического разряда

Чтобы приблизиться к напряжению фиксации диода, напряжение фиксации можно приблизительно представить следующим образом:

Видно, что напряжение фиксации связано как с напряжением проводимости, так и с напряжением пробоя (в зависимости от типа используемого диода), а также с динамическим сопротивлением диода. При очень высоких мгновенных токах, характерных для электростатических разрядов, даже очень низкие значения индуктивности будут означать, что динамическое сопротивление будет достаточно высоким, чтобы на интерфейсных линиях возникали чрезмерные напряжения. Даже при фиксированном постоянном напряжении около 5 В и быстродействующих диодах напряжение, возникающее на клеммах устройства в результате электростатического разряда, может превышать 100 В. Цепь фиксации ограничит разряд, но не до ожидаемой степени. Во многих случаях этого будет достаточно из-за короткой длительности импульсов, и схемы могут выжить

Поэтому необходимо оптимизировать схему, чтобы обеспечить требуемый уровень защиты.

Проектирование печатной платы ESD

Помимо правильного проектирования самой схемы для подавления электростатического разряда, большое значение имеет конструкция и компоновка печатной платы на печатной плате. Усилия, затраченные на обеспечение того, чтобы конструкция печатной платы соответствовала требованиям к подавлению электростатического разряда, позволят впоследствии избежать дорогостоящей отладки, а также повысят общую надежность конечного оборудования, поскольку проблемы электростатического разряда будут проявляться меньше.

Существует несколько основных рекомендаций по проектированию, которые гарантируют, что любая конструкция печатной платы или печатной платы способна свести проблемы от электростатического разряда к минимуму:

Удалите петли цепи: петли в линии могут привести к нежелательному току, возникающему из-за индукции. Хотя это ухудшит характеристики из-за общего нежелательного срабатывания, это также важно для защиты от электростатического разряда, поскольку нежелательные пики тока (и, следовательно, напряжения) могут быть наведены в любых петлях. Следует позаботиться о том, чтобы не было петель.
Использование слоев заземления на печатной плате. Одним из способов уменьшения контуров заземления является использование слоя заземления внутри печатной платы. Это позволит эффективно заземлить любые сигналы, а также уменьшит вероятность образования контуров заземления.
Уменьшите длину линий: любой провод будет выступать в качестве антенны. Импульсы электростатического разряда имеют очень короткое время нарастания, поэтому любая антенна способна принимать пики высокого напряжения. При уменьшении длины линии снижается уровень принимаемой излучаемой энергии, а результирующие всплески от электростатических разрядов будут меньше.
Уменьшите паразитную индуктивность вокруг цепей защиты. Многие электронные схемы будут включать схемы защиты от электростатического разряда. Они могут быть эффективны только при низких уровнях паразитной индуктивности. Паразитную индуктивность, возникающую из-за конструкции печатной платы, можно уменьшить, сделав длину линий в этой области особенно короткой, а также увеличив ширину дорожек.
Избегайте прокладки чувствительных дорожек вблизи краев печатной платы. Поскольку уровень срабатывания статических разрядов, вероятно, будет выше ближе к краям платы, целесообразно держать чувствительные дорожки вдали от этих областей. Входные и выходные линии часто должны достигать края печатной платы на каком-то этапе, но их можно отвести от края как можно быстрее, если это применимо.

Защита электронного блока от воздействия электростатического разряда необходима для любого элемента, к которому можно подключить внешние соединения.Защищая устройство таким образом, оно также позволяет выдвигать его на сертификацию и маркировку, т.е. Маркировка CE, которая может потребоваться для продажи на открытом рынке. Чтобы продукт был устойчив к электростатическому разряду, требования должны быть реализованы на самых ранних этапах проектирования. Модификации, необходимые на поздней стадии проектирования, будет сложно и дорого реализовать.

Нравится вам это или нет, ваша печатная плата может столкнуться с электростатическим разрядом (ЭСР) в течение срока службы. Защита от электростатического разряда более важна для цепей, предназначенных для взаимодействия с физической средой. Такая цепь может иметь разъем для внешней связи, не защищенный от статического электричества или не защищенный от статического электричества, что может привести к отказу компонентов во время электростатического разряда.

Обычно во время работы устройства накапливается статический электрический заряд, что в конечном итоге приводит к сильному электростатическому разряду. Стратегически размещая схему защиты от электростатического разряда в своей конструкции, вы можете предотвратить выход из строя чувствительной схемы. Проектирование схемы защиты от электростатического разряда происходит на схеме при создании схем, и позже вы перенесете ее на топологию печатной платы. В этой статье мы рассмотрим некоторые из основных схем защиты от электростатического разряда и то, как вы можете включить их в свой следующий проект.

Проектирование схемы защиты от электростатического разряда в вашей схеме

Цель проектирования схемы защиты от электростатического разряда – определить, где электростатический разряд повлияет на важные компоненты, а затем добавить некоторые меры подавления или шунтирующие схемы, чтобы гарантировать, что напряжение электростатического разряда никогда не превысит определенного предела. Наиболее простым и широко используемым методом для этой цели является использование диодов с обратным смещением в качестве шунтирующих элементов, направленных в сторону сети заземления; это может быть заземляющий слой на печатной плате, хотя это также может быть корпус в заземленной системе.

Четыре распространенных метода подавления или противостояния событиям электростатического разряда включают:

Типичная схема диодной фиксации напряжения показана ниже. Основная задача этой схемы фиксации напряжения заключается в ограничении накопления напряжений на входной клемме буфера. Обратите внимание, что это также может быть применено к дифференциальному входу операционного усилителя. Работа этой схемы очень проста, и в нормальных условиях диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении. Всякий раз, когда напряжение на входе превышает напряжение на шине питания, диод D1 смещен в прямом направлении и проводит ток. Точно так же, когда напряжение на входе падает ниже уровня земли, диод D2 смещается в прямом направлении и проводит от земли к входу.

Серия Transzorb от Vishay, показанная ниже), как показано на схеме ниже.

Во время положительного цикла переходного электростатического разряда один из двух диодов смещен в прямом направлении, а другой — в обратном, что означает, что один диод проводит ток благодаря прямому смещению, а другой работает в лавинном режиме. Таким образом, оба диода образуют путь, ведущий к земле от источника электростатического разряда. Во время отрицательного цикла электростатического разряда диоды меняют свои режимы, снова создавая путь, и цепь остается защищенной. Эта схема предпочтительна в том случае, когда вы не обязательно знаете, какой будет возможная полярность события ESD, как видно из системного ввода-вывода.

Другие компоненты подавителя электростатического разряда

Существует несколько других доступных компонентов подавителей электростатического разряда, таких как многослойные варисторы, газоразрядные трубки и подавители на полимерной основе. Компоненты подавления электростатического разряда используются для снижения напряжения электростатического разряда ниже определенного предела, чтобы защитить цепь или группу компонентов. Компонент или цепь подавителя подключены параллельно к уязвимой линии, которая поддерживает низкое напряжение электростатического разряда до определенного предела и шунтирует основной ток электростатического разряда на землю. Эти компоненты часто имеют связанную прикладную схему, которую вы найдете в техническом описании, и эти примеры схем могут включать в себя TVS-диод для обеспечения дополнительного подавления низковольтных электростатических разрядов.

Пример: газоразрядная трубка + диод TVS

Одним из способов борьбы с высоким напряжением является использование газоразрядной трубки параллельно TVS-диоду и катушке индуктивности. Катушка индуктивности и TVS-диод действуют как низкочастотная RL-цепь, которая обеспечивает дополнительную фильтрацию и замедляет время нарастания импульса ЭСР. Поскольку это в основном фильтр нижних частот с большой постоянной времени, эта схема пропускает номинальное постоянное напряжение, обеспечивая при этом высокий импеданс для любого тока электростатического разряда, проходящего через разрядную трубку. Предохранитель на входе обеспечивает дополнительную защиту от больших напряжений электростатического разряда.

Облачная платформа Altium 365™, на которой можно хранить проекты, данные о компонентах, данные о производстве и любую другую проектную документацию и делиться ею с соавторами.

Охраняйте высокоскоростные линии передачи данных, принимая во внимание емкость и размещение устройств подавления электростатического разряда.

Разработчики схем сталкиваются со многими проблемами, связанными с электростатическим разрядом (ЭСР), в поисках функционального и надежного продукта. Более того, эволюция рынка электроники в сторону более высокой пропускной способности данных и более высоких скоростей передачи сигналов усугубляет эту сложность. По сути, защита от электростатического разряда делится на две категории: защита во время производства и защита в «реальной» среде.

Встроенные в микросхему схемы подавления переходных напряжений (TVS) предназначены для повышения производительности микросхем в литейных цехах и при производстве плат. Обычно они следуют таким стандартам, как модель заряженного устройства (CDM), модель машины (MM) и модель человеческого тела, MIL-STD HBM. Но серьезность электростатического разряда в «реальной» среде намного выше.

Обычные пользователи электронных продуктов (сотовых телефонов, КПК, портативных компьютеров и т. д.) подвергают эти продукты более серьезному уровню электростатического разряда. Эти переходные процессы электростатического разряда типизированы в методике испытаний IEC 61000-4-2. Важно помнить, что выживание благодаря производственному процессу не гарантирует выживание в руках конечного пользователя. Может потребоваться «дополнительная» защита от электростатического разряда, такая как подавители электростатического разряда. В этой статье основное внимание уделяется критическим критериям выбора подавителей электростатического разряда, а также приводятся рекомендации и вспомогательные данные для обеспечения оптимальной защиты от электростатического разряда на уровне платы.

Разработчикам необходимо понимать не только характеристики защиты от электростатических разрядов, но и характеристики их упаковки. Чрезвычайно важно понимать паразитные характеристики, такие как емкость, чтобы учитывать их при проектировании платы. Другими словами, убедитесь, что подавитель ЭСР хорошо соответствует параметрам схемы (скорости передачи данных, току утечки и т. д.).

Оптимальное размещение подавителей электростатического разряда начинается с места проникновения электростатического разряда в систему. Эта тактика снижает напряжение и ток электростатического разряда, первоначально испытываемые схемой, и ослабляет импульс электростатического разряда, который распространяется мимо подавителя электростатического разряда. Обеспечьте максимально возможное практическое расстояние между подавителем электростатического разряда и защищенным чипом.

Размещение подавителя электростатического разряда слишком далеко от линии, которую он защищает, может снизить его эффективность. Индуктивность дорожки платы может вызвать дополнительное напряжение или «выброс» на микросхеме. Во избежание этого устанавливайте подавитель ЭСР как можно ближе к защищаемой линии. Суть в том, что выбор «решения» ESD уже не так прост, как выбор подавителя, рассчитанного на рабочее напряжение цепи. Эффективное решение теперь учитывает компоновку печатной платы, а также электрические характеристики устройств подавления электростатического разряда без подавления. Прежде чем углубляться в особенности защиты от электростатического разряда, полезно рассмотреть некоторые основы.

Основы электростатического разряда. Особую озабоченность у разработчиков вызывает непреднамеренный ущерб, причиняемый конечными пользователями электронных продуктов. Обычная повседневная деятельность может привести к накоплению статического электричества у людей, которое впоследствии может быть передано на такие объекты, как картотечные шкафы, двери и электронные устройства. Когда человек идет по покрытому ковром полу, происходит передача заряда. Точно так же акт соскальзывания с офисного стула может вызвать перенос между креслом и его обитателем. Этот эффект, называемый трибоэлектрическим зарядом, возникает всякий раз, когда два разнородных материала вступают в контакт, а затем разделяются. Последующая передача электрического заряда объекту с более низким электрическим потенциалом называется электростатическим разрядом.

Проблема, стоящая перед сообществами, занимающимися проектированием, качеством и надежностью, связана с эффектом переноса статического электричества на их электронные продукты. Если импульс электростатического разряда попадает в электронные устройства, внутренние схемы могут быть физически повреждены. Ассоциация ESD оценила среднюю потерю продуктов из-за вызванного пользователями ESD от 27% до 33%. Независимо от того, происходит ли потеря продукта на уровне пользователя или в процессе производства, электростатический разряд может снизить надежность продукта и прибыль компании. Чтобы уменьшить потери из-за электростатического разряда, производители микросхем могут включать структуры TVS в кристаллы своих интегральных схем. Это сделает их более надежными и поможет повысить производительность в процессах литья микросхем и плат.

Большая проблема возникает, когда электронный продукт переносится из производственной среды в реальное повседневное использование.Уровень электростатического разряда, который конечный пользователь может создать и внедрить в электронное устройство, намного выше, чем уровень, наблюдаемый в контролируемой производственной среде. Это означает, что конструкция, которая имела высокие показатели производительности при производстве, может иметь более высокие потери в полевых условиях. Следовательно, акцент в защите от электростатического разряда сместился с защиты микросхемы на защиту системы.

Подавление электростатического разряда. Способность ИС или ASIC выдержать производственный процесс не гарантирует, что они выдержат использование в «реальных условиях». Что можно сделать для повышения живучести или надежности вашей конструкции? В настоящее время разработчику доступны многочисленные варианты защиты. К ним относятся схемы изоляции, схемы фильтрации и компоненты подавления, такие как многослойные варисторы, кремниевые диоды и недавно представленные подавители на полимерной основе.

Компоненты подавления защищают цепь, ограничивая напряжение электростатического разряда до уровня, который может выдержать цепь. Подключенные параллельно сигнальным линиям, подавители ограничивают напряжение электростатического разряда и шунтируют большую часть тока электростатического разряда от линии передачи данных и защищенного чипа к соответствующему эталону. Типичными ссылками являются шина питания и заземление корпуса.

Несмотря на то, что все эти подходы могут повысить устойчивость электронного устройства к электростатическому разряду, в процессе выбора необходимо учитывать определенные характеристики. Очевидные характеристики включают размер, расположение выводов, расположение контактных площадок и ток утечки. Но по мере того, как потребность в схемах для обеспечения более высокой информационной пропускной способности возрастает, становится очень важной еще одна характеристика — емкость.

Емкость и целостность сигнала. Сегодня и в прошлом присущая корпусу подавителя емкость могла быть использована в интересах разработчиков схем. Там, где существует высокая степень разделения между частотой сигнала и любыми нежелательными частотами, такими как «шум» электромагнитных помех и переходные процессы электростатического разряда, емкость обеспечивает дополнительное преимущество фильтрации. По сути, действуя как фильтр нижних частот, подавитель обеспечивает функции фиксации для подавления переходных процессов и может обеспечить фильтрацию электромагнитных помех от нежелательных высокочастотных сигналов, которые попадают в защищенную линию данных.

Например, терминалы гарнитуры на сотовом телефоне работают на относительно низких частотах (диапазон звука), в то время как ESD и рабочие частоты сотового телефона (от 900 до 1900 МГц) намного выше. Здесь многослойные варисторы и диоды большой емкости идеально подходят для защиты пользователя от электростатического разряда. Их дополнительное преимущество заключается в фильтрации излучаемых сигналов мобильных телефонов из линий гарнитуры.

Однако это "преимущество" становится недостатком при увеличении скорости сигнала. Потребность в более высокой информационной пропускной способности (видео, аудио, данные) требует увеличения скорости передачи данных. Примеры этих «высокоскоростных» линий передачи данных включают протоколы USB 2.0, IEEE 1394, Gigabit Ethernet и InfiniBand. Скорость передачи данных всех этих протоколов превышает 100 Мбит/с.

При таких скоростях емкость, которая помогла устранить нежелательный шум, также начинает фильтровать сами сигналы данных, что приводит к искажению сигналов данных, что может вывести систему из строя. Искажение принимает форму закругленных передних и задних краев переходов между состояниями высокого и низкого уровня из-за более медленного времени нарастания и спада.

Более медленное время нарастания/спада создает проблемы в цепи. Самое главное, могут возникнуть проблемы со временем. Схема ожидает, что «высокий» и «низкий» состояния будут стабильными в определенное время. По мере увеличения времени перехода между состояниями схема может обнаружить незавершенный переход, и в систему могут быть внесены ошибки данных.

Схемы будут работать так, как они были разработаны, пока информация, управляющая ими, соответствует предполагаемому протоколу. Когда компоненты сигналов ухудшаются, способность схемы распознавать предполагаемую информацию снижается. С точки зрения защиты цепи цель состоит в том, чтобы обеспечить защиту цепи от электростатического разряда и сохранить целостность данных, не мешая работе цепи.

Подавитель PGB0010603 PulseGuard 0,050 пФ
Керамический конденсатор ML емкостью 1,0 пФ.
Керамический конденсатор ML емкостью 10,0 пФ.
Многослойный варистор V5.5MLA0603 емкостью 660 пФ

Хотя время нарастания (10/90 %) сигнала 12 Мбит/с на рис. 1 быстрое (0,242 нс), время, в течение которого он удерживает этот уровень, значительно больше (80 нс). При такой скорости передачи данных значение емкости 10 пФ или меньше позволит передавать данные с минимальными искажениями. Но значение емкости 660 пФ ясно демонстрирует, как округляются передний и задний фронты данных.

Сравните эту информацию с рис. 2. Здесь те же устройства были протестированы со скоростью передачи данных 480 Мбит/с. Время нарастания для двух сигналов одинаковое (0,242 нс), но сигнал со скоростью 480 Мбит/с имеет гораздо более короткое время уровня 2,0 нс.Обратите внимание на разные временные шкалы двух графиков.

В этом случае емкость 660 пФ вызывает столько искажений, что сигнал даже не может достичь рабочего напряжения сигнала. По сути, никакие данные не распространяются по сигнальной линии. Даже значение емкости 10 пФ достаточно велико, чтобы вызвать существенное искажение формы волны. Это уменьшает количество времени уровня и значительно изменяет форму переднего и заднего фронтов. Значение емкости 1,0 пФ показывает небольшое искажение края, в то время как значение емкости 0,050 пФ позволяет передавать сигнал данных без искажений. В таблице показано время нарастания (10/90%) сигналов на рисунке 2 (скорость передачи 480 Мбит/с) для каждого значения емкости.

Эти данные показывают, насколько важна емкостная характеристика подавителя электростатического разряда при защите линий передачи данных в высокоскоростных системах. Хотя все существующие подавители могут обеспечить эффективную защиту от электростатических разрядов, целостность сигнала системы не может быть нарушена. Поэтому емкость подавителя электростатических разрядов необходимо учитывать, прежде чем добавлять его в схему. Компоненты подавления электростатического разряда с чрезвычайно малой емкостью, такие как устройства PulseGuard, могут обеспечить функциональность защиты от электростатического разряда и при этом поддерживать целостность данных высокоскоростных сигналов данных.

Соображения по установке: После выбора подавителя электростатических разрядов, подавление и электрические характеристики которого (ток утечки, емкость) хорошо соответствуют параметрам схемы, остается другой выбор: где на плате должен быть подавитель установлен для оптимизации защиты схемы от электростатического разряда? «Оптимизированная» защита от электростатического разряда означает, что защищенный чип испытывает как можно меньше переходных процессов электростатического разряда.

Высокоскоростные сигналы и переходные процессы (например, электростатический разряд) приводят к появлению еще одной паразитной характеристики — индуктивности. Особый интерес представляет паразитная индуктивность дорожек платы, которые используются в качестве межсоединений между разъемом, микросхемой и любыми вспомогательными компонентами. Подобно эффектам емкости, индуктивность, представленная дорожками платы, не влияет на низкочастотные сигналы. Однако на высоких скоростях индуктивность будет представлять собой компонент импеданса, который может повлиять на целостность сигнала. Напомним формулу индуктивного сопротивления: X_L = ?L. Это также можно записать как: X_L = 2pfL.

Небольшая индуктивность дорожки может привести к значительному импедансу, когда через нее проходит высокочастотный сигнал, такой как электростатический разряд. Разработчики могут воспользоваться этим, установив максимально возможное расстояние между подавителем электростатического разряда и защищаемым чипом. См. рис. 3, где представлены следующие значения индуктивности:

L1 — между разъемом и подавителем ЭСР.
L2 — между подавителем электростатического разряда и контактом ввода-вывода микросхемы.
L3 — между линией ввода/вывода и подавителем электростатических разрядов (заглушка)

По сути, индуктивность, относящаяся к L2, будет рассеивать энергию импульса электростатического разряда, которая остается после зажимного действия подавителя электростатического разряда. Затухание напряжения и тока импульса электростатического разряда происходит по мере того, как энергия накапливается и рассеивается в электромагнитном поле вокруг дорожки платы. Обратите внимание, что существует обратная зависимость между длиной дорожки платы и энергией импульса электростатического разряда, который в конечном итоге поступает на вывод ввода-вывода микросхемы. По мере увеличения длины дорожки сила импульса ЭСР (видимого на чипе) уменьшается. Уменьшение импульса электростатического разряда приводит к снижению нагрузки на микросхему.

На рис. 4 показаны зависимости напряжения от времени, измеренные в двух точках на тестовой плате. Они помогают нам понять влияние места размещения устройства подавления электростатического разряда. В этом примере подавитель был установлен на разъеме, точке входа для переходных процессов электростатического разряда.

Синяя кривая показывает напряжение, измеренное на линии ввода-вывода в месте расположения подавителя ЭСР. Подавитель отреагировал на импульс генератора импульсов на линии передачи напряжением 1000 В с измеренным пиковым напряжением примерно 350 В и "фиксирующим" или удерживающим напряжением примерно 75 В.

Сравните это с зеленым сигналом, который показывает импульс электростатического разряда, который фактически достигает ИС. В этом случае 3-в. длинная трасса (L2) соединяла место подавителя ЭСР и входную площадку для ИС. Обратите внимание, что измеренное пиковое напряжение было уменьшено до 60 В, а напряжение "фиксации" составляет около 25 В.

Что это значит? Для проектировщика схем это обеспечивает тактику минимизации количества электростатических разрядов, возникающих на входах ввода-вывода микросхем и специализированных интегральных схем. Увеличение длины дорожки между подавителем электростатического разряда и микросхемой может значительно снизить нагрузку на микросхему. Ссылаясь на рисунок 3, это означает, что увеличение длины трассы приведет к увеличению значения L2.

Проще говоря, подавитель электростатического разряда должен располагаться непосредственно за разъемом.Это должен быть первый компонент уровня платы, с которым сталкивается переходный процесс ESD. Затем, насколько это возможно, любой защищаемый чип должен быть расположен как можно дальше. Как показано на рис. 4, эта тактика резко снижает нагрузку на интегральную схему. Следующий список составлен таким образом, чтобы показать относительные предпочтения мест установки подавителей электростатических разрядов. Оптимальное расположение указывается первым, а наименее предпочтительный сайт — последним:

Внутренние разъемы, которые являются шлюзом в экранировании системы (шасси)
В точке, где дорожки печатной платы взаимодействуют с контактами разъема.
На печатной плате сразу за разъемом.
На надежных, незащищенных линиях, которые могут эффективно подключаться к линиям ввода/вывода
Перед последовательным резистивным элементом на линии передачи данных.
Перед точкой разветвления на линии данных
Рядом с интегральной схемой и/или ASIC

Другой проблемой размещения является расстояние от дорожки платы до подавителя электростатического разряда (L3 на рис. 3). Цель состоит в том, чтобы минимизировать это расстояние. Индуктивность, связанная с дорожкой, и любая паразитная индуктивность корпуса будут вносить импеданс в схему защиты.

По сути, подавитель электростатического разряда становится более «изолированным» от сигнальной линии, которую он защищает, по мере увеличения расстояния от линии. Помните, что на микросхему будет воздействовать напряжение электростатического разряда на подавителе плюс напряжение на импедансе дорожки. Идеальное размещение контактных площадок должно быть прямо над линией передачи данных. Если это невозможно, то это расстояние следует минимизировать.

Наконец, заземление шасси (рамы) должно быть эталонным ESD, а не сигнальным (цифровым) заземлением (снова рис. 3). Цель состоит в том, чтобы передать ESD из сигнальной среды. Привязав защитное устройство ESD TVS к земле шасси, можно избежать непреднамеренных шумовых эффектов, таких как отскок земли. Цель состоит в том, чтобы поддерживать среду сигналов (данных) как можно более чистой.

Я всегда вижу эту схему, когда говорю о защите от перенапряжения или электростатического разряда (эта схема выполняет обе функции или только одну?):

Однако я не понимаю, как это работает. Скажем, я подаю 20 В на Vpin.

Поэтому потенциал Vpin выше, чем Vdd, поэтому через диод протекает ток. Но напряжение на узле Vpin по-прежнему 20В и микросхема по-прежнему видит 20В — как это защищает внутреннюю схему? Кроме того, если в результате электростатического разряда напряжение на Vpin достигает 10 000 В, как это защитит внутреннюю схему?

Наконец, диод D2 предназначен для защиты от напряжения ниже Vss или у него какое-то другое назначение?

Я пытался смоделировать эту схему, но по какой-то причине она не работает.

\$\begingroup\$ Электростатический разряд является источником низкой энергии, то есть рассматривается как источник напряжения со значительным последовательным сопротивлением. Если вы посмотрите на стандарты для испытаний на электростатический разряд, они покажут последовательное сопротивление, которое используется в качестве модели для реального источника электростатического разряда. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ Если вы находитесь в пустыне и за вами следует лев, вам не нужно быть быстрее льва, вам просто нужно быть быстрее самого медленного члена вашей группы. Защитные диоды в основном работают, добавляя медленных людей в вашу группу и делая предположения о количестве львов. \$\конечная группа\$

4 ответа 4

Схема защищает от перенапряжения и электростатического разряда при определенных условиях. Основное предположение состоит в том, что Vd «жесткий» по сравнению с источником энергии на Vpin. Обычно это верно для Vd = источник питания, скажем, 1 А + емкость, и Vpin является типичным источником сигнала. Если Vpin является, например, автомобильным аккумулятором, все ставки могут быть сняты относительно того, сколько времени пройдет до того, как D3 будет уничтожен. .

Как показано, вход Vpin подключен к Vdd через диод D3. Либо
- вход будет зажат до падения на один диод выше Vd, потому что у источника недостаточно энергии для повышения напряжения Vd, либо
- Vd поднимется почти до Vpin - только если Vpin много "жестче", чем Vd. Обычно нет, иначе
- D3 будет уничтожен как источник энергии и поглотит его изо всех сил

Обычно добавляют небольшой резистор, скажем, от 1 до 10 кОм между Vpin и переходом D2 D3.

Теперь Vpin должен падать ~= Vpin-Vd через резистор.

ESD: Та же схема работает так же и для ESD, который является «просто» источником энергии с более высоким напряжением и меньшей энергией (вы надеетесь). Опять же, помогает последовательный входной резистор. Важными становятся такие аспекты, как время нарастания и доступная энергия и, возможно, даже время отклика диода.

Вы забываете, что эти источники напряжения "идеальны". Таким образом, если на ваш вход подается 20 В напрямую от источника питания, оно всегда будет 20 В.

Добавьте туда последовательный резистор, и вы увидите, как он работает.

Я использовал LTspice для моделирования схемы.

R1 — входное сопротивление для некоторого вывода микросхемы.

Я выполнил развертку постоянного тока от -10 В до 10 В с шагом 1 В.

Как видите, когда я начинаю превышать 5,7 В, R1 видит только ~5,7 В.

Электростатические разрядники имеют гораздо более высокое напряжение и работают только в течение короткого времени, но это должно продемонстрировать защиту.

\$\begingroup\$ Спасибо за этот ответ. У меня был аналогичный вопрос, и я хотел смоделировать его, но сейчас я не рядом с компьютером. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ Итак, для Vdd = 3,3 В, если Vpin = 6 В, тогда Vic будет 2 В (6 - (3,3 + 0,7))? \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ @m4l490n Нет, когда вы увеличиваете Vpin от малого значения до большого значения, при одном значении Vpin (скажем, Vx) диод начинает проводить и проводит для всех значений Vpin > Vx. Для всех Vpin > Vx, поскольку диод смещен в прямом направлении, напряжение Vic будет постоянным (равным (3,3+0,7)). \$\конечная группа\$

Тест ESD может быть до +8 кВ или до -8 кВ. Когда происходит разряд +8 кВ, ток будет течь через D3 и пытаться нейтрализоваться. Когда происходит -8 кВ, ток будет течь через D2.

В реальных приложениях источник питания VDD и VSS находится очень далеко. Когда происходит электростатический разряд, всплеск выходит за пределы трассы VDD (или VSS) и мешает другим компонентам.

Чтобы свести к минимуму эту нежелательную характеристику, всегда добавляйте объемный предел между VDD и VSS; ближайший к D2 и D3.

Ваше изображение несколько вводит в заблуждение. Узел Vpin, где у вас написано 20V, надеюсь, никогда не достигнет 20V. Когда напряжение Vpin начинает расти (на пути к 20 В), то, как только оно превысит напряжение Vdd (5 В + 0,7), диод D3 будет проводить и направлять большую часть тока на узел Vdd, а Vpin не будет получить более высокое напряжение.

Аналогичным образом D2 будет ограничивать напряжение Vpin так, чтобы оно было не меньше Vss

Работа источника питания Vdd заключается в поддержании разности потенциалов между Vdd и землей на уровне 5 В. если вы попытаетесь сделать vdd больше 5 В, подав ток в узел vdd, питание шины Vdd пропустит этот дополнительный ток, который вы отправили на землю, так что VDD останется на уровне 5 В. если вы действительно потребовали, чтобы vin-узел был на 20 В (относительно земли), то у вас есть два источника, требующие разных напряжений для одного и того же узла (думаю, они называют это «конфликтом источников»). Если источник 20 В на Vin достаточно силен, чтобы он мог подавать больше тока, чем может потреблять шина VDD 5 В (и это должно быть много тока, и D3, вероятно, выйдет из строя с таким большим током), тогда узел Vdd будет должно быть 19,3 В с помощью источника питания 20 В.

Читайте также: