RF电路ESD防护设计课件

RF电路ESD防护设计1精选2021版课件目录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2精选2021版课件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3精选2021版课件基本概念ElectrostaticElectrostaticDischarge（ESD）接触放电，击穿介质放电ESSD（ElectrostaticSensitiveDevices）ESDS（ElectrostaticDischargeSensitivity）4精选2021版课件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CDE5精选2021版课件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）6精选2021版课件半导体器件静电敏感性7精选2021版课件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χ8精选2021版课件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）9精选2021版课件ESD损坏器件机理
Fields..voltage

介质击穿Jouleheating..energy

热熔化10精选2021版课件ESD损伤器件机理介质击穿11精选2021版课件ESD损伤器件机理热熔化12精选2021版课件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

13精选2021版课件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14精选2021版课件ESD测试标准IEC61000-4-2（GB17626-2）Electrostaticdischargeimmunitytest外壳

接触放电空气放电

接口15精选2021版课件ESD测试标准ESD测试放电波形

静电放电枪（ESDGun）模型16精选2021版课件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。17精选2021版课件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18精选2021版课件结构防护设计布板（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19精选2021版课件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20精选2021版课件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21精选2021版课件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22精选2021版课件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23精选2021版课件过压防护器件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24精选2021版课件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25精选2021版课件MOV（MLV）工作原理26精选2021版课件MOV（MLV）工作原理27精选2021版课件TSS工作原理阻断区雪崩区负阻区低阻通态区

28精选2021版课件GDT工作原理击穿电压续流维持电压（20～50V）29精选2021版课件TVS工作原理30精选2021版课件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31精选2021版课件PolymerESD抑制器工作原理压敏介质：高分子聚合物（极低容值）32精选2021版课件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33精选2021版课件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34精选2021版课件接口防护器件结电容要求35精选2021版课件接口防护器件结电容要求36精选2021版课件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χ37精选2021版课件低容值防护器件介绍快速开关二极管PHILIPSTOSHIBANECINFINEON

ONSEMI38精选2021版课件低容值防护器件介绍TVSCAMD（CM12xx）PROTEK（POSTxxLC）39精选2021版课件低容值防护器件介绍MLVAVXEPCOSLITTELFUSE

40精选2021版课件低容值防护器件介绍聚合物ESD抑制器Littlefuse（PGB）COOPER（ESDA）41精选2021版课件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42精选2021版课件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43精选2021版课件RF接口ESD防护设计难点ESD信号的频谱特征44精选2021版课件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：±4000V45精选2021版课件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46精选2021版课件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。

47精选2021版课件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48精选2021版课件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49精选2021版课件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）50精选2021版课件ESD防护设计方法和技巧串联电感的处理51精选2021版课件ESD防护设计方法和技巧串联电感的处理52精选2021版课件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53精选2021版课件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54精选2021版课件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。55精选2021版课件降低防护电路对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

56精选2021版课件降低结电容方法二极管偏置法

57精选2021版课件降低结电容方法二极管串联法

58精选2021版课件降低结电容方法二极管串联并加偏置法

59精选2021版课件降低结电容方法二极管反向串联和偏置法提高残压60精选2021版课件降低结电容方法

射频电路匹配法

61精选2021版课件提高导通电压方法二极管偏置法

62精选2021版课件提高导通电压方法二极管串联法

63精选2021版课件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。64精选2021版课件提高导通电压方法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65精选2021版课件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。）

66精选2021版课件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

67精选2021版课件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68精选2021版课件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69精选2021版课件ESD防护实验方案ESD防护效果测试电路70精选2021版课件ESD防护实验方案ESD残压测试

71精选2021版课件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72精选2021版课件MLV±500V良好,±1000V损坏73精选2021版课件MLV±500V良好,±1000V损坏

74精选2021版课件MLV±3500V良好,±4000V损坏

75精选2021版课件TVS

±3500V良好,±4000V损坏76精选2021版课件TVS±2000V良好,±2500V损坏

77精选2021版课件TVS

±4000V良好,±5000V损坏

78精选2021版课件开关二极管±3500V良好,±4000V损坏

79精选2021版课件开关二极管±2500V良好,±3000V损坏

BZX84C30：±1000V良好,±1500V损坏

80精选2021版课件开关二极管

5.1nH：±8000V良好,±8500V损坏

±4500V良好,±5000V损坏

81精选2021版课件开关二极管±3500V良好,±4000V损坏

0.02uF：±1500V良好,±2000V损坏82精选2021版课件聚合物ESD抑制器E5输入端±700V损坏,输出端±1500V损坏

83精选2021版课件聚合物ESD抑制器E5输入端±400V损坏,输出端±1000V损坏

84精选2021版课件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-648985精选2021版课件LC高通滤波器高通滤波器抑制ESD脉冲示意图ESDPower20100ILdBFMHz0-10-20-30ESDFilter86精选2021版课件LC高通滤波器87精选2021版课件LC高通滤波器±7000V良好,±8000V损坏

88精选2021版课件LC高通滤波器89精选2021版课件LC高通滤波器