电路防护设计演示文稿

电路防护设计演示文稿本文档共97页；当前第1页；编辑于星期二\17点23分电路防护设计本文档共97页；当前第2页；编辑于星期二\17点23分目录ESD概述ESD防护设计方法过压防护原理和防护器件介绍RF电路ESD防护设计技术ESD防护实验案例分析本文档共97页；当前第3页；编辑于星期二\17点23分ESD概述基本概念半导体器件静电敏感特性ESD危害及损坏机理ESD防护控制手段本文档共97页；当前第4页；编辑于星期二\17点23分基本概念ElectrostaticElectrostaticDischarge（ESD）接触放电，击穿介质放电ESSD（ElectrostaticSensitiveDevices）ESDS（ElectrostaticDischargeSensitivity）本文档共97页；当前第5页；编辑于星期二\17点23分ESD模型人体模型HBM人体金属模型HBMM机器模型MM充电器件模型CDM场感应模型FIM（FICDM）电缆放电事件CDE本文档共97页；当前第6页；编辑于星期二\17点23分半导体器件静电敏感性尺寸（更加细小精密）集成度（更加复杂）材料（更加静电敏感）本文档共97页；当前第7页；编辑于星期二\17点23分半导体器件静电敏感性本文档共97页；当前第8页；编辑于星期二\17点23分高频器件静电敏感特性尺寸√尺寸小，结薄材料工艺√GaAs，SiGe，InP，InGaP，SiFET，HBT，HEMT，BiCMOS，BJT集成度χ本文档共97页；当前第9页；编辑于星期二\17点23分ESD危害器件损伤硬损伤，软损伤EMI功能故障，系统跑飞污染（静电吸附）本文档共97页；当前第10页；编辑于星期二\17点23分ESD损坏器件机理
Fields..voltage

介质击穿Jouleheating..energy

热熔化本文档共97页；当前第11页；编辑于星期二\17点23分ESD损伤器件机理介质击穿本文档共97页；当前第12页；编辑于星期二\17点23分ESD损伤器件机理热熔化本文档共97页；当前第13页；编辑于星期二\17点23分ESD防护控制手段过程控制EPA（ECA）环境，人员，材料

接地防护设计结构，工艺，电路

本文档共97页；当前第14页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计方法ESD测试标准ESD防护设计思想和流程结构防护设计工艺防护设计电路防护设计本文档共97页；当前第15页；编辑于星期二\17点23分ESD测试标准IEC61000-4-2（GB17626-2）Electrostaticdischargeimmunitytest外壳

接触放电空气放电

接口本文档共97页；当前第16页；编辑于星期二\17点23分ESD测试标准ESD测试放电波形

静电放电枪（ESDGun）模型本文档共97页；当前第17页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计思想消除静电源切断放电通路（隔离静电源）控制放电电流端口防护：

在端口最近位置泻放ESD电流，阻止ESD脉冲进入后续电路。本文档共97页；当前第18页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计流程器件选用、防护电路设计、结构设计、工艺设计、材料选择测试验证，改进优化本文档共97页；当前第19页；编辑于星期二\17点23分结构防护设计布板（元件位置）接地（金属部件，单板，设备）产品材料应用（塑料材料的防静电处理）屏蔽（接口，开窗，开关，键盘，敏感单元）增加放电路径长度包装材料本文档共97页；当前第20页；编辑于星期二\17点23分工艺防护设计单板布线（边缘，屏蔽）标识，标签（单板，产品，过程）制造工具及工序，防静电处理辅助材料接地（装备，仪器，工具）放电处理本文档共97页；当前第21页；编辑于星期二\17点23分电路防护设计静电敏感器件的选用设计端口ESD防护电路单板、产品安全测试方法本文档共97页；当前第22页；编辑于星期二\17点23分过压防护原理和防护器件介绍过压防护原理过压防护器件工作机理防护器件特性对比接口防护器件结电容要求低容值防护器件介绍本文档共97页；当前第23页；编辑于星期二\17点23分过压防护原理高电压------大电流电压箝位电流泻放能量反射衰减本文档共97页；当前第24页；编辑于星期二\17点23分过压防护器件MOV（MLV）TSSGDTTVS二极管ESD/EMI专用防护器件R、L、C网络非线性器件线性器件本文档共97页；当前第25页；编辑于星期二\17点23分过压防护器件特性工作电压击穿电压箝位电压维持电压/电流通流容量/功耗结电容响应时间极性寿命本文档共97页；当前第26页；编辑于星期二\17点23分MOV（MLV）工作原理本文档共97页；当前第27页；编辑于星期二\17点23分MOV（MLV）工作原理本文档共97页；当前第28页；编辑于星期二\17点23分TSS工作原理阻断区雪崩区负阻区低阻通态区

本文档共97页；当前第29页；编辑于星期二\17点23分GDT工作原理击穿电压续流维持电压（20～50V）本文档共97页；当前第30页；编辑于星期二\17点23分TVS工作原理本文档共97页；当前第31页；编辑于星期二\17点23分二极管工作原理快速开关二极管稳压二极管PIN二极管（低频功率型）

高击穿电压、速度快、电容量很小、PN结面积小、结薄

肖特基二极管（低频整流型功率管）较低的正向压降（0.2V至0.3V），很小的结电容，位垒薄本文档共97页；当前第32页；编辑于星期二\17点23分PolymerESD抑制器工作原理压敏介质：高分子聚合物（极低容值）本文档共97页；当前第33页；编辑于星期二\17点23分R、L、C网络工作原理电阻衰减网络能量衰减LC滤波器带外能量反射/衰减本文档共97页；当前第34页；编辑于星期二\17点23分防护器件特性对比防护器件类别响应时间结电容主要应用保护方式普通MOV慢：数十ns~us级大：数百~数万pFEOS（AC、雷电）箝位MLV快：ps~ns级一般：数十~数百pF，低达几pFEOS和中低频电路的ESD防护（中等能量）箝位GDT慢：数百ns~us级小：数pF~数百pF，可低于0.5pF雷电（大能量）负阻TVS快：ps~ns级一般：数十~数百pF，低达1pFEOS和中低频电路的ESD防护(低电压、小能量)箝位高速开关二极管快：ps~ns级小：数pF~数十pF，可低于1pFESD（高频、小能量）箝位TSS快：ps~ns级大：数十~数百pFEOS（大能量）负阻低电容聚合物ESD抑制器快：ps~ns级极小：数fF~数pFESD（高频、小能量）负阻箝位R/L/C滤波衰减网络快不考虑从低频到高频电路的EOS和ESD防护（小能量）滤波、衰减本文档共97页；当前第35页；编辑于星期二\17点23分接口防护器件结电容要求本文档共97页；当前第36页；编辑于星期二\17点23分接口防护器件结电容要求本文档共97页；当前第37页；编辑于星期二\17点23分RF接口适用的ESD防护器件低容值快速开关二极管√低容值TVS管√R、L、C网络√低容值MLVχ低容值聚合物ESD抑制器χ本文档共97页；当前第38页；编辑于星期二\17点23分低容值防护器件介绍快速开关二极管PHILIPSTOSHIBANECINFINEON

ONSEMI本文档共97页；当前第39页；编辑于星期二\17点23分低容值防护器件介绍TVSCAMD（CM12xx）PROTEK（POSTxxLC）本文档共97页；当前第40页；编辑于星期二\17点23分低容值防护器件介绍MLVAVXEPCOSLITTELFUSE

本文档共97页；当前第41页；编辑于星期二\17点23分低容值防护器件介绍聚合物ESD抑制器Littlefuse（PGB）COOPER（ESDA）本文档共97页；当前第42页；编辑于星期二\17点23分RF电路ESD防护设计技术RF接口ESD防护设计难点RF电路ESD防护设计的一般要求ESD防护设计方法和技巧降低防护电路对RF信号质量的影响本文档共97页；当前第43页；编辑于星期二\17点23分RF接口ESD防护设计难点阻抗匹配结电容寄生电感限幅导通电压ESD信号的宽频谱特征本文档共97页；当前第44页；编辑于星期二\17点23分RF接口ESD防护设计难点ESD信号的频谱特征本文档共97页；当前第45页；编辑于星期二\17点23分RF电路ESD防护设计的一般要求整机、单板、组件外壳的空气和接触放电：±8000V整机、单板、组件外部RF接口的接触放电：±4000V，不得低于±2000V；内部RF接口的接触放电：±2000V，不得低于±1500V无线终端外部接口的接触放电：±4000V本文档共97页；当前第46页；编辑于星期二\17点23分静电敏感器件的选用优选防静电能力强的RF器件1000V（HBM）200V（MM）500V（CDM）中低频应用应优选Si双极器件禁止选用防静电能力小于100V（HBM、MMandCDM同时满足）的器件本文档共97页；当前第47页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计方法和技巧ESD防护电路设计总体原则：

对ESD信号来说，接口输入点和地之间的并联阻抗要尽量小，而接口输入点和被防护器件之间的串联阻抗要尽量大；对工作信号来说，接口输入点和地之间的并联阻抗要尽量大，而接口输入点和被防护器件之间的串联阻抗要尽量小。

本文档共97页；当前第48页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计方法和技巧应避免静电敏感器件和静电敏感引脚直接应用在RF电缆连接端口，RF插座端口应设计ESD防护电路，RF电缆在插装前先进行放电处理RF接口的芯线应处于外物不易触及的状态，如RF插座和电缆端头设置静电防护帽静电敏感器件、及其高静电敏感引脚、高静电敏感端口应该避免设计直接的测试点，或测试点远离这些引脚，或采用间接测试方法ESD防护电路应尽可能靠近RF接口，而被保护的器件应尽量远离RF接口本文档共97页；当前第49页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计方法和技巧ESD防护电路应有双向防护能力ESD防护电路的开启电压（触发电压）和箝位电压（或二极管导通电压）应大于RF信号可能的最大峰值电压，同时要远远小于被防护器件的ESD阈值电压ESD防护电路的响应时间要小于被保护器件的响应时间ESD防护电路要有在短时间内释放较大的静电能量而不自损坏的能力本文档共97页；当前第50页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计方法和技巧在电路系统信号指标分配和布板许可的情况下，应优选R/L/C等无源元件组成的滤波或衰减网络形成ESD防护电路，提高电路的可靠性对于工作信号在1GHz以上的RF接口，建议优先采用LC高通滤波器进行ESD防护优选低容值防护器件优选大电流容量器件（如电感）本文档共97页；当前第51页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计方法和技巧串联电感的处理本文档共97页；当前第52页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计方法和技巧串联电感的处理本文档共97页；当前第53页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计方法和技巧泻放电容改善寄生电感对ESD防护的影响本文档共97页；当前第54页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计方法和技巧环行器、耦合器、高频信号传输变压器、高频隔直电容等器件的隔离特性的有效利用本文档共97页；当前第55页；编辑于星期二\17点23分ESD防护设计方法和技巧ESD防护电路的防护能力与选用的防护器件、被防护器件的ESD敏感度、电路结构形式、布线等因素密切相关，一般无法直接单独确定一个防护电路的防护能力，必须把防护电路和被防护的具体电路作为一个整体并按照标准IEC61000-4-2的测试方法进行测试，以确定一个实际电路的防护效果。本文档共97页；当前第56页；编辑于星期二\17点23分降低防护电路对RF信号质量的影响降低防护电路的等效结电容提高防护器件的导通电压

结电容、寄生串联电感（引线电感、布线电感）、箝位电压（或导通电压）、反向漏电流、反向耐压、最大峰值电流、功率容量

本文档共97页；当前第57页；编辑于星期二\17点23分降低结电容方法二极管偏置法

本文档共97页；当前第58页；编辑于星期二\17点23分降低结电容方法二极管串联法

本文档共97页；当前第59页；编辑于星期二\17点23分降低结电容方法二极管串联并加偏置法

本文档共97页；当前第60页；编辑于星期二\17点23分降低结电容方法二极管反向串联和偏置法提高残压本文档共97页；当前第61页；编辑于星期二\17点23分降低结电容方法

射频电路匹配法

本文档共97页；当前第62页；编辑于星期二\17点23分提高导通电压方法二极管偏置法

本文档共97页；当前第63页；编辑于星期二\17点23分提高导通电压方法二极管串联法

本文档共97页；当前第64页；编辑于星期二\17点23分提高导通电压方法开关二极管导通电压随温度的升高而降低

结温25℃和150℃相比，BAV99单二极管的限幅点将由7dBm（RF峰值0.7V）降到4dBm（RF峰值0.5V）左右。本文档共97页；当前第65页；编辑于星期二\17点23分提高导通电压方法TVS管或MLV法中低频应用击穿电压在几伏到几十伏之间可随意选择残压较高本文档共97页；当前第66页；编辑于星期二\17点23分提高导通电压方法二极管串联电容法

此防护电路用于RF放大器SGA6489的输入端时，电容C1和C2等于0.02uF，其抗静电能力达到2500V；电容C1和C2等于0.47uF，其抗静电能力达到4000V。（RF压缩在1GHz仿真，实际测试约为39dBm。）

本文档共97页；当前第67页；编辑于星期二\17点23分RF接口ESD防护电路综合设计法MLV、各种二极管、R/L/C二极管串并联、匹配设计、滤波、隔离、衰减

本文档共97页；当前第68页；编辑于星期二\17点23分ESD防护实验ESD防护实验方案ESD防护实验数据分析ESD防护实验总结本文档共97页；当前第69页；编辑于星期二\17点23分ESD防护实验方案ESD防护电路对RF信号质量的影响测试电路本文档共97页；当前第70页；编辑于星期二\17点23分ESD防护实验方案ESD防护效果测试电路本文档共97页；当前第71页；编辑于星期二\17点23分ESD防护实验方案ESD残压测试

本文档共97页；当前第72页；编辑于星期二\17点23分ESD防护实验数据分析MLVTVS开关二极管聚合物ESD抑制器RLC衰减或滤波网络本文档共97页；当前第73页；编辑于星期二\17点23分MLV±500V良好,±1000V损坏本文档共97页；当前第74页；编辑于星期二\17点23分MLV±500V良好,±1000V损坏

本文档共97页；当前第75页；编辑于星期二\17点23分MLV±3500V良好,±4000V损坏

本文档共97页；当前第76页；编辑于星期二\17点23分TVS

±3500V良好,±4000V损坏本文档共97页；当前第77页；编辑于星期二\17点23分TVS±2000V良好,±2500V损坏

本文档共97页；当前第78页；编辑于星期二\17点23分TVS

±4000V良好,±5000V损坏

本文档共97页；当前第79页；编辑于星期二\17点23分开关二极管±3500V良好,±4000V损坏

本文档共97页；当前第80页；编辑于星期二\17点23分开关二极管±2500V良好,±3000V损坏

BZX84C30：±1000V良好,±1500V损坏

本文档共97页；当前第81页；编辑于星期二\17点23分开关二极管

5.1nH：±8000V良好,±8500V损坏

±4500V良好,±5000V损坏

本文档共97页；当前第82页；编辑于星期二\17点23分开关二极管±3500V良好,±4000V损坏

0.02uF：±1500V良好,±2000V损坏本文档共97页；当前第83页；编辑于星期二\17点23分聚合物ESD抑制器E5输入端±700V损坏,输出端±1500V损坏

本文档共97页；当前第84页；编辑于星期二\17点23分聚合物ESD抑制器E5输入端±400V损坏,输出端±1000V损坏

本文档共97页；当前第85页；编辑于星期二\17点23分电阻衰减网络序号防护措施输入端口ESD防护能力1直通输入400V247pF电容隔直输入800V33分贝电阻衰减输入（47pF隔直）1200V49分贝电阻衰减输入（47pF隔直）4000V5输入并联12nH电感和47pF隔直电容形成一阶高通滤波电路2400V6并联12nH电感加3分贝电阻衰减输入（47pF隔直）3300VSGA-6489本文档共97页；当前第86页；编辑于星期二\17点23分LC高通滤波器高通滤波器抑制ESD脉冲示意图ESDPower20100ILdBFMHz0-10-20-30ESDFilter本文档共97页；当前第87页；编辑