微電子電路面臨的風(fēng)險(xiǎn)比以往任何時(shí)候都大，罪魁禍?zhǔn)资?/span>靜電放電(ESD),。這些禍害是隱秘的殺手，特別容易攻擊敏感的IC,。單次靜電放電事件就可以將PCB送入地獄,。抗靜電放電設(shè)計(jì)只要錯(cuò)失一步就可能意味著延誤上市時(shí)間,、影響開(kāi)發(fā)進(jìn)度,，以及激怒客戶(hù)。在某些高壓力情況下,，甚至意味著你的飯碗不保,。

在尺寸不斷縮小的微電子時(shí)代，如果ESD瞬變未加抑制地在PCB走線(xiàn)上出現(xiàn)之前你不去主動(dòng)地阻止它們,，那么ESD事件很可能毀了你的產(chǎn)品,。

在寫(xiě)這篇文章時(shí)，我剛好想起幾個(gè)月前發(fā)生的一件相當(dāng)有趣的事,。一位快要發(fā)瘋了的客戶(hù)聯(lián)系我們尋求緊急幫助,，希望能夠保護(hù)他的系統(tǒng)免遭“憤怒的”ESD瞬變傷害。這個(gè)可憐的家伙遭受了一系列抗ESD故障的打擊,，并使得他的產(chǎn)品規(guī)劃全泡了湯,。他肯定錯(cuò)漏了一些步驟。

首先,，他沒(méi)有在任何I/O接口處實(shí)現(xiàn)保護(hù)鉗位電路,，也沒(méi)有為T(mén)VS鉗位器件放置PCB焊盤(pán)作為他需要保護(hù)的“安全閥”措施。使挑戰(zhàn)更加復(fù)雜的是,，這種特殊產(chǎn)品上的I/O端口被連接到了一些高速和非常敏感的通信IC,。并沒(méi)有發(fā)生多少ESD就使得這些電路板發(fā)生了通信故障

當(dāng)?shù)谝粔K板沒(méi)有通過(guò)ESD一致性測(cè)試時(shí)，還會(huì)推出版本1和版本2,。這次不再是“瞎猜了”,?？蛻?hù)顯然找到了一個(gè)ESD額定電壓為±15kV的瞬態(tài)電壓抑制(TVS)鉗位管。他在電路板的一些I/O端口上布放了一些TVS,，然后相當(dāng)高興地認(rèn)為這個(gè)器件可以保證他的系統(tǒng)可以抗±15kV的ESD沖擊,。雖然這步走的方向是正確的，但他仍然從根本上誤解了ESD威脅,。第二版電路仍然沒(méi)有通過(guò)±15kV電壓的測(cè)試,，雖然這時(shí)他發(fā)現(xiàn)用TVS帶來(lái)了一定程度的改進(jìn)。

由于遭受了兩次電擊,，這位工程師帶著驚恐的心情求助于我們,。隨著我們對(duì)問(wèn)題的深入分析，我真切感受到這位工程師的焦慮和恐懼,。事實(shí)上,，我有深切的感受，在這位工程師的PCB走線(xiàn)上亂串的ESD瞬態(tài)信號(hào)不僅會(huì)危害到電路板上的通信器件,，而且毫不夸張地說(shuō)可能威脅到他的工作,。他早就需要一個(gè)解決方案了。由于時(shí)間不等人,，而且這個(gè)已經(jīng)推遲的設(shè)計(jì)另一端還有一位就要失去耐心的客戶(hù),，我們接管了這個(gè)問(wèn)題。他把電路板送到了我們的實(shí)驗(yàn)室,，明確希望我們保護(hù)這個(gè)產(chǎn)品免受ESD的傷害,，繼而也保護(hù)他的信譽(yù)和工作。

然而,，我們首先需要澄清的誤解是,，TVS鉗位器件數(shù)據(jù)手冊(cè)上的±15kV額定值與他在PCB上想要達(dá)到的系統(tǒng)級(jí)保護(hù)閾值基本上沒(méi)有關(guān)系。那個(gè)額定值涉及的是TVS器件本身的故障閾值,，但并不等同于系統(tǒng)要保證的抗干擾度,。正如事實(shí)擺明的那樣，他的系統(tǒng)電路太敏感了,，在滿(mǎn)足針對(duì)TVS器件的電容約束和尺寸要求條件下,，很難達(dá)到±15kV的系統(tǒng)級(jí)抗干擾性能。

此外我要解釋的是,，并不是所有TVS器件生來(lái)都是一樣的,。不同制造商生產(chǎn)的兩種TVS鉗位器件的鉗位性能可能有很大的差別。如果產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期非常吃緊的話(huà),，選擇便宜,、山寨的TVS器件不是一個(gè)好的策略。因此，我們用一些更新的高性能低側(cè)鉗位器件對(duì)他的電路板進(jìn)行了改造——這些器件可以抑制很高的峰值電流,。這樣,，這塊電路板的抗干擾性能有了顯著的改進(jìn)

他的系統(tǒng)現(xiàn)在可以輕松通過(guò)±8kV測(cè)試了(大多數(shù)情況下±8kV足夠了)。電路板仍然沒(méi)能通過(guò)±15kV接觸放電測(cè)試(擴(kuò)展目標(biāo)),，但比以前的結(jié)果要好多了,。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的健壯性,，我們?cè)诰€(xiàn)路上增加了一個(gè)小的串聯(lián)電阻,，它足以壓制殘余的瞬態(tài)電流，但還不足以影響信號(hào)性能,。

雖然增加電阻并不是的方案,，但它確實(shí)提高了抗ESD性能，在這樣一個(gè)設(shè)計(jì)后期階段,，它提供了實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)容易的修復(fù)手段,。最終結(jié)果表明一切安好：穩(wěn)健的產(chǎn)品，愉悅的最終用戶(hù),，高興的老板,，以及更加深入理解ESD保護(hù)知識(shí)的工程師。正如他們說(shuō)的那樣,，“增加電阻起到了四兩撥千斤的效果,。”我猜想在他的下一個(gè)設(shè)計(jì)中,，我們的朋友會(huì)更加主動(dòng)地去避免最后時(shí)刻才會(huì)發(fā)現(xiàn)的任何ESD失誤,。