ESD断路过压保护，ESD产生的高压和高峰值电流会损坏IC
esd断路过压保护
在安装于印刷电路板之前，必须对线性ic(如运算放大器、仪表放大器和数据转换器)进行保护。这即所谓断路(out-of-circuit)状态。在这种条件下，ic可能遇到多大的浪涌电压完全取决于其环境。多数情况下，有害的浪涌电压来自静电放电，即常说的esd。这是一种单次、快速、高电流的静电荷传输现象，源于两种条件，它们是：
* 两个处于不同电位的物体之间的直接接触传输(有时称为接触放电)* 两个物体靠近时之间产生的高静电场(有时称为气隙放电)。
静电的主要来源基本都是绝缘器并且一般都是合成材料，如乙烯或塑料工作表面、绝缘鞋、经过表面加工的木质椅子、透明胶带、气泡袋、尖端未接地的烙铁等。这些来源产生的电平极高，因为它们的电荷并不容易分布在表面上或者传导给其他物体。两个物体相互摩擦产生静电被称为摩擦电效应。一些常见行为会产生较大的esd电压，部分示例见图1。
图1：各种常见环境产生的esd电压 esd产生的高压和高峰值电流会损坏ic。
精密模拟电路通常具有极低的偏置电流，比普通数字电路更容易遭到损坏，因为用于esd保护的传统输入保护结构会增加输入泄漏——因此不能使用。
对于设计工程师或技师来说，esd损坏最常见的表现是ic发生灾难性故障。然而，暴露在esd之下也可能导致泄漏增加，或者使其他参数下降。如果某个器件在评估期间似乎达不到数据手册上的规格指标，则应考虑esd损坏的可能性。图2列出了esd引起的故障的一些相关点。
图2：了解esd损坏 所有esd敏感器件均采用保护性封装。ic通常装在导电泡沫中或者防静电包装套管中，而后将容器密封在一个静电耗散塑料袋中。密封后的塑料袋用一个明显的标签标好（如图3所示），标签上标明正确的操作程序。
如图3所示外部封装说明旨在告知用户，必须遵循esd保护所需要的操作程序。
图3：通过包装和标签认识esd敏感器件 另外，esd敏感型ic的数据手册都有一条醒目的声明，如图4所示。
图4：线性ic的esd数据手册声明 一旦识别出esd敏感型器件，保护起来就相对容易些。很明显，首先应尽量把ic保存在原来的保护性封装中。下一步是给存在破坏可能性的esd源放电，以防患于未然。这种电压放电可以通过高阻抗快速而安全地实施。
esd安全ic操作需要的一个关键组件是一个具有静电耗散表面的工作台，如图5所示。其表面通过一个1mω电阻接地，可以耗散任何静电荷，同时还能保护用户，免除接地故障电击危险。如果现有的工作台顶部不导电，则应添加一块静电耗散垫和一个放电电阻。
图5：一种适于操作esd敏感型ic的工作台环境 请注意，工作台的表面具有较高的薄膜电阻。工作表面不需要，也不适合使用低阻表面材料(如铜箔pc板)。请记住，如果通过低阻抗释放ic电荷，则可能产生高峰值电流。这正是带电ic接触接地铜箔板时发生的情况。然而，当将同一个带电ic放在如图5所示高阻抗表面时，峰值电流不足以损坏器件。
对于减少esd相关损坏，有几点人员操作技巧是至关重要的。在工作台时，建议在操作esd敏感型器件时带上一个导电手环。手环可以确保正常的任务(如从包装上撕下胶带)不会导致ic损坏。另外，出于安全考虑，需用一个1mω的电阻从手环接地。在构建原型实验板或者装配含有esd敏感型ic的pc板时，应在ic之前插入和焊接全部无源元件。结果将降低敏感型器件的esd风险。当然，烙铁尖需要接地。
保护ic、使其免受esd影响需要ic制造商和客户的共同参与。对ic制造商来说，为其产品提供最高水平的esd保护是其既得利益。ic电路设计师、工艺工程师、封装专家和其他人则不断探索，试图找到更好的新型电路设计、工艺和封装方法以承受或分流esd能量。然而，完整的esd保护方案不仅仅需要在ic中内置esd保护机制。ic用户也需要为其员工提供必要知识和培训，使其了解和遵守esd操作程序，从而在整个过程的各个关键环节都建立起有效的保护，如图6所示。
图6：esd保护要求adi与在各关键点处于控制地位的最终客户建立合作关系 在构建实验板以及评估ic时，需要特别小心。esd损坏可能具有累加效应，因此，如果器件反复操作不当，结果可能导致故障。在试验插座上插入和移除ic时、评估期间存储器件时以及在实验板上添加或移除外部元件时，均须遵循适当的esd预防措施。同样，如果器件在原型系统开发期间发生故障，其原因可能是不断反复的esd应力。
对于esd，需要记住一个关键词：预防。esd损坏一旦发生则无法挽回，也无法补偿。
esd模型和测试
有些应用对esd的敏感度高于其他应用。位于pc板上且周围有其他电路的ic遭受esd损坏的可能性一般远远小于那些必须与其他pc板或外部世界接口的电路。这些ic一般没有任何特定esd保护的额定规格，也不提供此类保证(mil-std-883方法3015类器件除外)。esd敏感型接口的一个良好示例是计算机上的rs-232接口端口ic，该ic很容易暴露在高电压之下。为了保证此类器件的esd性能，必须指定测试方法和限制。
人们提出了多种测试波形和规格，用以评估器件对esd的敏感性。半导体或分立式器件目前仍在使用的最重要的三种波形为：人体模型(hbm)、机器模型(mm)和充电器件模型(cdm)。每一种模型均代表着一种完全不同的esd事件，因此，这些模型的测试结果之间的相关性很小。
1996年以来，销往欧共体或者在欧共体内部销售的所有电子设备都必须达到iec1000-4-x规范中规定的电磁兼容性(emc)等级。请注意，这并不适用于单片ic，而是适用于最终设备。各种iec1000规范规定了此类标准和测试方法，详见图7。
图7：适用于esd规格和测试程序的iec标准 iec1000-4-2规定，合规测试要使用两种耦合方法，即接触放电和气隙放电。接触放电要求直接连接测试的装置。气隙放电使用更高的测试电压，但不会直接接触测试的装置。在气隙放电法下，放电枪朝向测试装置移动，在整个气隙上形成一道弧，气隙放电即由此而来。这种方法受湿度、温度、气压、距离和放电枪逼近速率的影响。接触放电法虽然现实性较低，但具有更高的可重复性，其应用呈现出赶超气隙放电法之势。
虽然esd脉冲含有的能量极少，但极快的上升时间和高电压却可能给未受保护的ic带来故障。电弧或热效应可能立即给器件带来灾难性损坏。即使灾难性故障不会立即发生，器件的参数也可能下降，结果会降低性能。连续暴露具有累积效应，可能最终导致器件完全失效。
i/o线路尤其容易遭到esd损坏。即使是简单地接触一下，或者是插入一条i-o线缆，也可能导致静电放电，结果可能损坏或完全损毁与i/o端口相连的接口产品(如rs-232线路驱动器和接收器)。
传统的esd测试方法(如mil-std-883b方法3015.7)并不会全面测试产品对这种放电的敏感性。该测试方法旨在测试产品在操作期间遭受esd损坏的可能性。每个引脚都是相对于所有其他引脚进行测试的。mil-std-883b方法3015.7测试与iec测试之间存在重要差异，如下所示：
iec测试在放电能量方面要求更严格。注入的峰值电流大四倍以上。在iec测试中，电流上升时间明显更快。iec测试是在器件带电期间进行的。esd放电有可能导致测试器件闩锁。因此，该测试更能代表现实i-o放电，因为设备一般都是带电运行的。然而，保险起见，应该对接口器件进行这两种测试，以确保操作期间以及随后的现场维修期间，器件均能获得最大程度的保护。
图8比较了iec1000-4-2模型与mil-std-883b方法3015.7人体模型的测试电路值。
图8：esd测试电路和值 mil-std-883b方法3015.7和iec1000-4-2两种测试的esd波形分别列于图9的左右两栏。
图9：esd测试波形 适用的esd保护设计措施实现起来相对容易，本节已讨论过的多数过压保护方法都有用。也可以获得额外的保护措施。对于rs-232和rs-485驱动器和接收器，admxxx-e系列提供15kv(hbm)esd担保规格。对于更通用的应用，在系统适当位置增加transzorb保护电路也可提供esd保护功能。
图10从断路和在线两个角度总结了esd预防的要点。
图10：esd要点总结
LEM国产替代|芯森高精度磁通门电流传感器在BMS中的应用
对话FF91副总裁 2018年肯定会交付
Innodisk与Avalue合作，将AIoT带入台北市
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静电的主要来源基本都是绝缘器并且一般都是合成材料，如乙烯或塑料工作表面、绝缘鞋、经过表面加工的木质椅子、透明胶带、气泡袋、尖端未接地的烙铁等。这些来源产生的电平极高，因为它们的电荷并不容易分布在表面上或者传导给其他物体。两个物体相互摩擦产生静电被称为摩擦电效应。一些常见行为会产生较大的esd电压，部分示例见图1。
图1：各种常见环境产生的esd电压 esd产生的高压和高峰值电流会损坏ic。
精密模拟电路通常具有极低的偏置电流，比普通数字电路更容易遭到损坏，因为用于esd保护的传统输入保护结构会增加输入泄漏——因此不能使用。
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如图3所示外部封装说明旨在告知用户，必须遵循esd保护所需要的操作程序。
图3：通过包装和标签认识esd敏感器件 另外，esd敏感型ic的数据手册都有一条醒目的声明，如图4所示。
图4：线性ic的esd数据手册声明 一旦识别出esd敏感型器件，保护起来就相对容易些。很明显，首先应尽量把ic保存在原来的保护性封装中。下一步是给存在破坏可能性的esd源放电，以防患于未然。这种电压放电可以通过高阻抗快速而安全地实施。
esd安全ic操作需要的一个关键组件是一个具有静电耗散表面的工作台，如图5所示。其表面通过一个1mω电阻接地，可以耗散任何静电荷，同时还能保护用户，免除接地故障电击危险。如果现有的工作台顶部不导电，则应添加一块静电耗散垫和一个放电电阻。
图5：一种适于操作esd敏感型ic的工作台环境 请注意，工作台的表面具有较高的薄膜电阻。工作表面不需要，也不适合使用低阻表面材料(如铜箔pc板)。请记住，如果通过低阻抗释放ic电荷，则可能产生高峰值电流。这正是带电ic接触接地铜箔板时发生的情况。然而，当将同一个带电ic放在如图5所示高阻抗表面时，峰值电流不足以损坏器件。
对于减少esd相关损坏，有几点人员操作技巧是至关重要的。在工作台时，建议在操作esd敏感型器件时带上一个导电手环。手环可以确保正常的任务(如从包装上撕下胶带)不会导致ic损坏。另外，出于安全考虑，需用一个1mω的电阻从手环接地。在构建原型实验板或者装配含有esd敏感型ic的pc板时，应在ic之前插入和焊接全部无源元件。结果将降低敏感型器件的esd风险。当然，烙铁尖需要接地。
保护ic、使其免受esd影响需要ic制造商和客户的共同参与。对ic制造商来说，为其产品提供最高水平的esd保护是其既得利益。ic电路设计师、工艺工程师、封装专家和其他人则不断探索，试图找到更好的新型电路设计、工艺和封装方法以承受或分流esd能量。然而，完整的esd保护方案不仅仅需要在ic中内置esd保护机制。ic用户也需要为其员工提供必要知识和培训，使其了解和遵守esd操作程序，从而在整个过程的各个关键环节都建立起有效的保护，如图6所示。
图6：esd保护要求adi与在各关键点处于控制地位的最终客户建立合作关系 在构建实验板以及评估ic时，需要特别小心。esd损坏可能具有累加效应，因此，如果器件反复操作不当，结果可能导致故障。在试验插座上插入和移除ic时、评估期间存储器件时以及在实验板上添加或移除外部元件时，均须遵循适当的esd预防措施。同样，如果器件在原型系统开发期间发生故障，其原因可能是不断反复的esd应力。
对于esd，需要记住一个关键词：预防。esd损坏一旦发生则无法挽回，也无法补偿。
esd模型和测试
有些应用对esd的敏感度高于其他应用。位于pc板上且周围有其他电路的ic遭受esd损坏的可能性一般远远小于那些必须与其他pc板或外部世界接口的电路。这些ic一般没有任何特定esd保护的额定规格，也不提供此类保证(mil-std-883方法3015类器件除外)。esd敏感型接口的一个良好示例是计算机上的rs-232接口端口ic，该ic很容易暴露在高电压之下。为了保证此类器件的esd性能，必须指定测试方法和限制。
人们提出了多种测试波形和规格，用以评估器件对esd的敏感性。半导体或分立式器件目前仍在使用的最重要的三种波形为：人体模型(hbm)、机器模型(mm)和充电器件模型(cdm)。每一种模型均代表着一种完全不同的esd事件，因此，这些模型的测试结果之间的相关性很小。
1996年以来，销往欧共体或者在欧共体内部销售的所有电子设备都必须达到iec1000-4-x规范中规定的电磁兼容性(emc)等级。请注意，这并不适用于单片ic，而是适用于最终设备。各种iec1000规范规定了此类标准和测试方法，详见图7。
图7：适用于esd规格和测试程序的iec标准 iec1000-4-2规定，合规测试要使用两种耦合方法，即接触放电和气隙放电。接触放电要求直接连接测试的装置。气隙放电使用更高的测试电压，但不会直接接触测试的装置。在气隙放电法下，放电枪朝向测试装置移动，在整个气隙上形成一道弧，气隙放电即由此而来。这种方法受湿度、温度、气压、距离和放电枪逼近速率的影响。接触放电法虽然现实性较低，但具有更高的可重复性，其应用呈现出赶超气隙放电法之势。
虽然esd脉冲含有的能量极少，但极快的上升时间和高电压却可能给未受保护的ic带来故障。电弧或热效应可能立即给器件带来灾难性损坏。即使灾难性故障不会立即发生，器件的参数也可能下降，结果会降低性能。连续暴露具有累积效应，可能最终导致器件完全失效。
i/o线路尤其容易遭到esd损坏。即使是简单地接触一下，或者是插入一条i-o线缆，也可能导致静电放电，结果可能损坏或完全损毁与i/o端口相连的接口产品(如rs-232线路驱动器和接收器)。
传统的esd测试方法(如mil-std-883b方法3015.7)并不会全面测试产品对这种放电的敏感性。该测试方法旨在测试产品在操作期间遭受esd损坏的可能性。每个引脚都是相对于所有其他引脚进行测试的。mil-std-883b方法3015.7测试与iec测试之间存在重要差异，如下所示：
iec测试在放电能量方面要求更严格。注入的峰值电流大四倍以上。在iec测试中，电流上升时间明显更快。iec测试是在器件带电期间进行的。esd放电有可能导致测试器件闩锁。因此，该测试更能代表现实i-o放电，因为设备一般都是带电运行的。然而，保险起见，应该对接口器件进行这两种测试，以确保操作期间以及随后的现场维修期间，器件均能获得最大程度的保护。
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图8：esd测试电路和值 mil-std-883b方法3015.7和iec1000-4-2两种测试的esd波形分别列于图9的左右两栏。
图9：esd测试波形 适用的esd保护设计措施实现起来相对容易，本节已讨论过的多数过压保护方法都有用。也可以获得额外的保护措施。对于rs-232和rs-485驱动器和接收器，admxxx-e系列提供15kv(hbm)esd担保规格。对于更通用的应用，在系统适当位置增加transzorb保护电路也可提供esd保护功能。
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