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网络接口ESD静电防护方案设计思路分析
发布者:深圳市踏歌科技有限公司  发布时间:2016-12-22

  网络接口ESD静电防护方案设计思路分析
  各类电子|网络接口的ESD保护十分重要,而ESD静电二极管是一种十分有效的保护器件,与其它器件相比有其独特的优势,但在应用时应当针对不同的保护对象来选用器件,因为不同的端口可能受到的静电衝击有所不同,不同器件要求的保护程度也有不同。要注意相应的参数鉴别以及各个生产商的不同设计,同时还要进行合理的PCB布局。本文介绍在电子|网络接口的ESD保护中如何应用ESD静电二极管器件。

  电子|网络接口如T1/E1线路卡、T3/E3和DS3接口、STS-1接口、ISDN S/T接口、ISDN U接口、10/100以太网等,由于高频率的传输速率,极易受到静电放电(ESD)的衝击,如果没有选择合适的保护器件,可能会造成机器性能不稳定,或者损坏。更坏的情况是查不出确切的原因,使用户误认为是产品质量问题而损坏企业信誉。
  一般情况下,对便携式设备暴露在外麵可能与人体接触的端口都要求进行防静电保护,如键盘、电源接口、数据口、I/O口等等。现在比较通用的ESD标准是IEC61000-4-2,应用人体静电模式,测试电压的范围为2kV~15kV(空气放电),峰值电流最高为20A/ns,整个脉衝持续时间不超过60ns。在这样的脉衝下所产生的能量总共不超过几百个微焦尔,但却足以损坏敏感元器件。

  电子|网络产品所采用的IC器件大多是高集成度、小体积产品,精密的加工工艺使硅晶氧化层非常薄,因而更易击穿,有的在20V左右就会受到损伤。传统的保护方法已不再普遍适用,有的甚至还会造成对设备性能的干扰。可用于电子|网络产品的ESD保护器件有很多,例如设计人员可用分立器件搭建保护回路,但由于电子|网络产品对于空间的限定以及避免回路自感,这种方法已逐渐被更加集成化的器件所替代。多层金属氧化物贴片压敏电阻、陶瓷电容还有二极管都可以有效地进行防护,它们的特性及表现各有不同,ESD静电二极管在此类应用中的独特表现为其赢得了越来越大的市场。以下是TG踏歌SO-08封装ESD静电二极管ESD06V08S-4L的具体参数特性:

网络接口ESD静电防护方案设计思路分析

  ESD06V08S-4L的参数:
  封装:SO-08
  电压:6V
  钳位电压:15V
  容值:25pF
  功率:2000W,更多ESD静电二极管型号规格参数可直接访问踏歌电子官网。

  ESD06V08S-4L的特性:
  1、依据(tp=8/20μs)线路,峰值脉衝功率为2000W
  2、保护两线的共模和差模
  3、适合高速接口的低电容
  4、低钳位电压和工作电压
  5、符合RoHS
  6、Bellcore标准1089(内部建设)100A(2/10μs)
  7、ITU K.20 Ipp=40A(5/310μs)
  8、IEC61000-4-2(ESD)±15kV(空气),±8kV(接触)
  9、IEC61000-4-4(EFT)40A(5/50ηs)
  10、IEC61000-4-5(Lightning)100A(8/20μs)

  ESD06V08S-4L的产品应用:
  1、T1/E1线路卡
  2、T3/E3和DS3接口
  3、STS-1接口
  4、ISDN S/T接口
  5、ISDN U接口
  6、10/100以太网

  不管选择怎样的静电抑製器件,它们在电路板上的布局非常重要。二极管布局前的导线长度应该减到最小,因为快速(0.7ns)ESD放电电流在电感性布线上感应出很高的电压尖峰,影响ESD保护的性能。  另外,快速ESD脉衝可能在电路板上相邻(平行)导线间产生感应电压。如果上述情况发生,由于将不会得到保护,因为感应电压路径将成为另一条让浪涌到达IC的路径。因此,被保护的输入线不应该被放置在其它单独、未受保护的走线旁边。推荐的ESD抑製器件PCB布局方案应该是:应尽可能的滤除所有的I/O口的干扰信号,靠近连接器/触点PCB侧。

  走线时,尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰;输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线,以免发生反馈藕合。图二是布线时的优化建议。对于电子|网络产品来说,各类集成电路的複杂性和精密度的提高使它们对ESD也更加敏感,以往的通用回路设计也不再适合。合理的PCB布局最重要的是要在使用ESD静电二极管保护ESD损害的同时避免自感。ESD设计很可能会在回路中引起寄生自感,会对回路有强大的电压衝击,导致超出IC的承受极限而造成损坏。负载产生的自感电压与电源变化强度成正比,ESD衝击的瞬变特征易于诱发高强自感。减小寄生自感的基本原则是尽可能缩短分流回路,必须考虑到包括接地回路、ESD二极管和被保护线路之间的回路,以及由接口到TVS的通路等所有因素。所以,ESD静电二极管应与接口尽量接近(直接就近泻放ESD 干扰,避免串入后续电路),与被保护线路尽量接近(画版时原则上要靠近被保护的芯片),这样才会减少自感藕合到其它邻近线路上的机会。

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