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      3. ESD保護解決問題:每次一個汽車模塊

        2017-08-01 10:37:51·  來源:安森美半導體  作者:Jeremy Correale
         
        在一天的工作正式開始前,粗略地瀏覽電子郵件,看到一連串報價、樣品、項目和其他要求。對我來說,總是突穎而出的一個要求通常包含幫助和ESD兩個詞。這特殊的請求是在艱難的時刻產生,然而我忍不住笑了,因為這對一個ESD保護器件的制造商恰好是絕佳商機。靜電放電(ESD)可能發生在電絕緣的物體,如一個人由于摩擦而帶電和
        在一天的工作正式開始前,粗略地瀏覽電子郵件,看到一連串報價、樣品、項目和其他要求。對我來說,總是突穎而出的一個要求通常包含“幫助”和“ESD”兩個詞。這特殊的請求是在艱難的時刻產生,然而我忍不住笑了,因為這對一個ESD保護器件的制造商恰好是絕佳商機。

        靜電放電(ESD)可能發生在電絕緣的物體,如一個人由于摩擦而帶電和在接觸到接地金屬物體時突然放電。靜電電位可高達30 kV,而由此產生的放電是非常短的,通常為100 ns,峰值電流可高達100 A。我們都以不同的形式經歷過ESD,當我們走路回家觸摸門把手時產生靜電,隨后被電到。這可能會瞬間疼痛,能量通過空氣切割的輕微的藍色火花用科學解釋“相當酷”。但想象一下,當您從車里出來,靠在車身上加油時發生這種情況。進入和離開您的車可能讓驅動您的導航和“求助”系統的電子設備受到電擊。雖然電擊可能不會傷害我們,即使是最輕微的脈沖也會損壞這些系統中的敏感電子,使它們變得無用,而不是“酷”。

        例如,GPS或全球定位衛星子系統有助于您的車輛共享其位置,從而令某些地圖和輔助系統到達您的位置。它由一個天線驅動,通過位于可在車外看到的常見的“魚鰭”模塊內,還有一個GPS收發器電路。在一些實施中,該收發器電路位于一個Telematics Box中,它在當今汽車行業扮演著越來越重要的角色。隨著越來越多的互聯的車輛進入市場,如4G蜂窩服務、WiFi、GPS和V2X(車輛之間和車輛與基礎設施通信)等特性都將在Telematics Box內實施。

        GPS收發器電路常見的器件包括一個集成電路(IC)芯片與相關的射頻(RF)前端分立元件如變壓器及表面貼裝電容器和電阻器。收發器芯片越來越強大,集成了更多的功能,并且通過減小硅工藝的幾何尺寸減小了物理尺寸。最后一點在ESD的存在等級方面是關鍵的-行業趨勢已趨向采用的工藝幾何尺寸越小,芯片組對ESD越敏感。這種更高的靈敏度會導致整體更低的系統(IC被置于其中)級ESD。

        談談之前郵件中的ESD故障。最終他們換了新的GPS收發器IC用于之后的Telematics Box,不再需要通過所需的ISO 10605車載系統ESD規范的8kV等級。它們可以通過的最高水平是4kV,這需要OEM制造商的豁免和為潛在的現場失效負責。

        診斷首先從檢查原理圖和PCB布局開始,如果看起來一切正常,那么就要開始下一步的實際模塊評估了。安森美半導體通常采用一種稱為傳輸線脈沖(TLP)的測試方法,重復測定上升時間、脈沖長度和ESD脈沖的總能量。TLP不是通過阻抗不匹配的ESD模擬器放電,而是在干凈的、50歐姆的環境中放電,讓我們“看到”測試器件的鉗位電壓。

        在對該特殊的模塊進行TLP測試后,很明顯,新的GPS收發器的內部ESD鉗位結構具有很低的導通和鉗位電壓。由于這些器件大多采用普通齊納二極管結構,擊穿電壓7至10V,這使得很難用外部低寄生電容的ESD保護器件保護。在這電壓點導通,在這個等級的鉗位和瞬態貫穿整個脈沖,這些器件可以讓大多數的瞬態電流流入無法在更高的8kV脈沖能量生存的GPS收發器的內部ESD結構。一些集成外部ESD保護器件的新板進行了測試,沒有一個能夠超過所需的存在等級,因為它們都是高壓齊納型結構。

        開始談談最新的SZESD9101P2T5G ESD保護器件,它采用安森美半導體的集成可控硅整流器(SCR)ESD鉗位結構的快速導通的ESD9000系列。不像舊的齊納二極管結構,SCR結構在相同的7V等級導通,但很快在3ns內重回到極低的2至3V鉗位電壓。這使得ESD脈沖瞬態電流被適當的分流到地面而不被耗散和隨后破壞GPS收發器IC。在一個新的模塊快速連接該器件和ESD測試開始獲得好的結果,因為SZESD9101成功保護了GPS通過所需的8kV存在等級。

        有了推薦的ESD保護器件、TLP的結果以及向上層管理報告8kV通過結果,從而避免潛在的現場故障。雖然它肯定有助于行業領先的ESD保護技術,但幫助故障排除并提供深入分析以解決這個問題的是真正的ESD專知。我相信這是行業內每個人都在尋求的,以改變現狀,解決具有挑戰性的問題,最重要的是保持車輛在路上的安全。因此,早晨開始于許多電子郵件,請記住,在某處有人在他們的汽車電路中正在經歷一個嚴重的ESD故障,我們將在那里解決問題:每次一個模塊。
         
         
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