MCU和DSP的ESD保护技术的改进有助于更好地保护器件

时间： 2016-03-09 来源：中国集成电路3月刊

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高性能处理器、FPGA或片上系统IC是任何给定电路板中最有价值的部分。必须提供足够的保护，以防止如静电放电（ESD）等事件破坏其内部电路。

LITTELFUSE的设计笔记讨论了最新一代IC所面临的ESD威胁，解释了定义ESD保护器件的性能的关键参数，并说明了如何改进保护，且不影响芯片的性能。

每一代新的集成电路都提供了增强的性能，如更快的数据速率、更小的尺寸，或更低的功耗。这些改进能够利用新IC的功能优势实现创新性和更高性能的应用。但是，这些优势也带来一个潜在的陷阱：新一代IC与过去产品相比都对ESD更加敏感。

在如MCU和DSP等器件的情况下，ESD威胁会通过一些外露的接口引脚进入。对于低级或入门级器件，这些接口引脚包括UART和I2C等基本I/O。对于高级器件，包括USB、CAN和LIN等接口。ESD保护解决方案需要与特定接口的工作电压和电容进行协调。在高速总线情况下电容是特别重要的，因为必须避免对信号完整性的任何不利影响。

对于IC制造商和应用开发商来说，幸运的是，基于半导体的电路板级ESD保护元件供应商会全力改进这些解决方案。如Littelfuse公司不断投资开发新的工艺，改进他们的保护产品。一些关键的近期开发如下：

较低的钳位电压可增强对敏感IC的保护

在ESD事件中，ESD保护器件的主要工作是尽可能多地转移和消散ESD瞬变中包含的能量。控制这种能力的特性通常称为“动态电阻”。通过减小动态电阻，ESD保护器件携带的浪涌电流远远大于所保护的电路。这种方法可减小集成电路上的残压，并确保它不会损坏。例如，Littelfuse的SP3014系列TVS二极管阵列具有低于0.1Ω的动态电阻，可提供最佳的性能。

低电容可避免对高速数据传输的干扰

虽然电路保护是ESD保护器件的主要目的，但它实现电路保护的同时也不能干扰被保护电路的日常功能。例如，在一个RF接口（如蓝牙®或ZigBee®接口），或有线端口（如USB 2.0）上，ESD保护器件不能引起数据信号强度的失真或损失。为确保信号完整性，ESD保护器件的电容必须尽量减小，且不能降低保护级别。Littelfuse的SP3022系列TVS二极管具有0.35pF的电容值，从而确保其不影响高速信号。

更小的外形尺寸可适应有限的电路板空间

无论保护器件的功能多好，如果它不能安装到它需要保护的应用中，则无法提供价值。

例如，智能手表或腕带等可穿戴设备将继续变得更薄和更小，并最终可以直接植入到衣物中。因此，电路板上可用于任何ESD保护电路的空间都很有限。当确定新的电路板布局时，分立二极管能够为设计人员提供出色的灵活性。Littelfuse的30pF的SP1020和6pF的SP1021系列采用01005封装，可尽量减小占用面积。

因此，尽管即将推出的MCU和DSP将继续增强其自身功能以及新应用的功能，它们也对必须确保任何新IC都可以执行其规定任务并提供持久可靠性的设计人员提出了挑战。ESD保护器件制造商将不断努力，为这些器件提供保护，且不干扰它们的核心功能。

（James Colby Littelfuse 公司半导体事业部技术发展经理）

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天真无邪 Lv3. 高级工程师 2018-07-14

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冷梦 Lv3. 高级工程师 2017-11-21

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