Высокоскоростная защита от ESD: новая линейка диодов TVS от AVX
Компоненты, такие как серии GiGuard, могут помочь вам защитить вашу цепь от переходных событий, сохраняя при этом высокую скорость работы.
Обеспокоенность опасно высокими переходными напряжениями не ограничивается применением жесткой среды, например, военных и промышленных систем, и основной причиной этого является электростатический разряд (ОУР).
Разумеется, разумно ожидать, что различные потребительские и встроенные устройства, особенно те, которые питаются от батареи! - не придется беспокоиться о ударах молнии, о неисправности генератора или о чем-либо еще, что может вызвать опасные силовые или сигнальные переходные процессы. Но в любое время, когда у вас есть проводящий интерфейс к внешнему миру, вы должны учитывать ущерб, который может быть вызван ESD.
Хотя накопление статического заряда может создавать чрезвычайно высокие напряжения (т. Е. Тысячи вольт), фактическая мощность, участвующая в событии ESD, очень низка. Вот почему люди не живут в постоянном страхе быть убитыми ударом по ОУР. Это также объясняется тем, что различные более крупные компоненты не повреждаются ОУР.
Этот график показывает, как устройство GiGuard реагирует на удар ESD на 8 кВ
Но, как вы, наверное, заметили, интегральные схемы в наши дни довольно малы, а полупроводниковые устройства внутри них еще меньше - намного, гораздо меньше. Крошечные устройства не очень хорошо справляются с разрядами тысяч вольт, даже если такие разряды имеют маломощный сорт.
Нетрудно защитить цепь от ОУР. Подавитель переходного напряжения (TVS) выполнит эту работу, и их будет много. Однако есть одно небольшое осложнение: диоды TVS имеют емкость. Во многих ситуациях эта дополнительная емкость достаточно мала, чтобы быть абсолютно неактуальной, но это не тот случай, когда мы имеем дело с высокоскоростной связью.
Как я упоминал выше, внешние соединения подвергают ваше устройство рискам ESD, и поэтому мы должны учитывать включение диодов TVS на сигналы, связанные с USB, Ethernet и другими стандартными коммуникационными интерфейсами. Однако мы не хотим загружать эти высокочастотные сигналы со слишком большой емкостью.
Сколько pF слишком много »// www.allaboutcircuits.com/electronic-components/datasheet/GG020105100N2P-AVX" target = "_ blank"> Серия GiGuard от AVX предлагает защиту от ESD с емкостными значениями от 0, 3 пФ до 17 пФ. Значение, наиболее подходящее для конкретного дизайна, зависит, конечно, от характера задействованных сигналов. Вам, вероятно, понадобится сделать какое-то моделирование SPICE, чтобы получить четкое представление о том, как небольшая дополнительная емкость может повлиять на ваш сигнал
Что касается общих соображений, первое, что я скажу, это то, что 0, 3 пФ - очень маленькая емкость. Здесь мы имеем дело с фемто- фарадами. Я имею в виду, серьезно, если ваша цифровая схема не может обрабатывать дополнительные 300 fF, я не знаю, что вам сказать. (Аналог - другая история - эта статья из ADI указывает, что даже несколько десятых пикофара в неправильном месте могут вызвать проблемы в чувствительной цепи ОУ).
Следующее, что нужно иметь в виду, это то, что следы печатной платы имеют емкость (как правило, порядка нескольких пикофарад на дюйм, но, конечно, есть переменные).
Эта довольно забавная диаграмма из Analog Devices дает вам представление о том, насколько сложна схема, когда паразитная емкость печатной платы включена в схему
Поэтому, если емкость вашего диода TVS сравнима с количеством паразитной емкости от следов и переходов на печатной плате, вероятно, можно с уверенностью предположить, что диод не будет сильно изменять производительность схемы.
двунаправленность
Мы хотим защитить компоненты, подключенные к нашим сигнальным линиям, от переходных напряжений, связанных с ОУР. Таким образом, мы подключаем диод TVS между сигнальной линией и землей, поскольку это позволяет диоду отводить переходную энергию на обратный путь. Поэтому нам действительно нужен только один диод, с катодом, подключенным к сигналу, и анодом на землю (потому что функциональность TVS основана на обратном пробое, а не на нормальной диодной проводимости).
Почему же тогда двунаправленные устройства GiGuard?
Диаграмма взята из таблицы GiGuard
Ну, я не могу точно сказать, почему они решили создать их таким образом. Предположительно, это имеет какое-то отношение к тому, чтобы сделать их более универсальными, то есть совместимыми с приложениями, нуждающимися в двунаправленной защите. Но я хочу сказать, что это отличная функция, даже если вам нужна только однонаправленная функциональность. Зачем? Потому что вам не нужно беспокоиться о правильности полярности при сборке платы!
Дело в том, что эти компоненты незначительны. Варианты пакета - 0402 и 0201, которые (если я правильно помню) переводят на «зерно песка» и «атомное ядро» соответственно. По моему опыту, диоды являются печально известными источниками проблем сборки печатных плат, даже если вы имеете дело с разумными форм-факторами. Но с двунаправленным устройством проблема полярности исчезает.
У вас есть какие-либо советы или методы для высокоскоростной защиты от электростатического разряда? Если да, не стесняйтесь делиться своими мыслями в комментариях.