Diogelu ESD ar gyfer Dyluniadau Di-wifr
Rhyddhad electrostatig (ESD) yw rhyddhau ynni trydanol statig yn sydyn, heb ei reoli. Gall y gollyngiad hwn o ynni trydanol niweidio cylchedau integredig sensitif, a rhaid i ddylunwyr systemau diwifr fod yn ymwybodol o ESD.
Mae gweithgynhyrchwyr systemau di-wifr yn datblygu manylebau ESD llymach, gan wneud tasg dylunwyr bwrdd cylched yn fwy anodd. Mae amrywiaeth o wahanol safonau ESD yn bodoli, sy'n cymhlethu'r ymdrech ddylunio. Rydym yn ystyried y ddwy safon ryngwladol fwyaf cyffredin: model corff dynol HBM (model corff dynol) ac IEC1000-4-2. Mae'r safon gyntaf yn efelychu amodau cyswllt ac yn cael ei gymhwyso i'r ddyfais; defnyddir yr ail safon ar gyfer amddiffyniad ESD lefel system.
Mae amddiffyniad ESD ar gyfer dyluniadau diwifr yn wynebu heriau arbennig. Mae yna wahanol dechnegau ar gyfer amddiffyn ESD, pob un â'i fanteision a'i anfanteision ei hun. Fodd bynnag, ar gyfer dyluniadau di-wifr, mae perfformiad, gofod cylched, pwysau, defnydd pŵer a chost oll yn ffafrio defnyddio rhwydweithiau amddiffyn deuod integredig.
Ymhellach, byddwn yn trafod sut i gymhwyso'r rhwydwaith deuod i gael y perfformiad amddiffyn ESD gorau. Mae'r perfformiad gorau posibl yn gysylltiedig yn agos â chynllun y bwrdd cylched i sicrhau y gall cerrynt ESD fynd i mewn i'r ddyfais amddiffyn heb niweidio'r cylchedau integredig sensitif. Yn ogystal, dylai'r defnydd o rwydwaith amddiffyn deuod roi sylw i broblem pŵer-lawr y system. Yn olaf, nid oes ffordd hawdd o gysylltu perfformiad amddiffyn ESD dyfais â pherfformiad amddiffyn system, ond mae pennu foltedd clampio i amddiffyn y ddyfais yn ffordd effeithiol o gysylltu'r ddau.
Defnyddir prawf HBMESD safonol ESD fel arfer ar gyfer cylchedau integredig, tra bod IEC1000 yn diffinio prawf ESD y system. Mae'r ddau yn defnyddio'r model ESD rhyddhau o gynwysorau sy'n mynd trwy wrthyddion cyfyngu cerrynt (Ffigur 1). Y gwahaniaeth yw maint gwerth y ddyfais. Ar gyfer HBM, gwerth y cynhwysydd yw 100pF a'r gwrthydd cyfyngu cyfredol yw 1500Ω. Sylwch fod y cerrynt rhyddhau brig o IEC1000 bron 5 gwaith yn uwch na HBM ar gyfer yr un foltedd ESD. Ymhellach, mae IEC1000 yn defnyddio dulliau rhyddhau cyswllt a gollwng aer i brofi offer. Mae'r safon yn diffinio foltedd ESD rhyddhau cyswllt fel 2kV i 8kV, a gall y cyswllt aer gyrraedd 15kV. Sylwch fod yr amser codi presennol a bennir gan IEC1000 yn llai na 1ns, sy'n gofyn am ymateb cyflym iawn gan y ddyfais amddiffyn (Ffigur 2). Am yr un rheswm, mae cynllun y bwrdd yn hanfodol i sicrhau amddiffyniad ESD ar gyfer system.
Dulliau amddiffyn Os yw gofynion amddiffyn ESD IEC1000-4-2 i'w bodloni, mae angen amddiffyniad priodol ar offer cyfathrebu diwifr. Mae ardaloedd sy'n cael eu cyffwrdd gan ddefnyddwyr, megis botymau a phorthladdoedd I/O, yn agored i ADC ac felly mae angen eu hamddiffyn. Techneg syml yw gosod cynwysorau ar y llinellau cyfathrebu i amsugno corbys ESD, sy'n lleihau cyfradd y signal ac yn cynyddu'r defnydd o gerrynt gyriant. Gellir defnyddio sparkgap ar y bwrdd. Mae'r bwlch gwreichionen wedi'i gynllunio i ymdoddi yn ystod y curiad ESD, ac mae'r cerrynt yn cael ei siyntio i'r ddaear. Fodd bynnag, mae'r dechnoleg hon yn cymryd lle mawr ac yn achosi amddiffyniad ESD annibynadwy ar ôl heneiddio. Gellir diffodd dyfeisiau MOV (metaloxidevaristor) ar folteddau uchel a gellir eu defnyddio mewn cymwysiadau gydag amseroedd ymateb araf. Fodd bynnag, mae eu swmp a'u cynhwysedd mawr yn eu gwneud yn anaddas ar gyfer amddiffyn llinellau signal, ac anfantais ychwanegol yw eu nodweddion heneiddio.
Ar gyfer deuodau Zener, er ei fod yn gallu clampio ceryntau mawr ar foltedd penodol, mae'n cynhyrchu cynhwysedd parasitig nad oes eu hangen i warchod y llinellau signal. Mewn cyferbyniad, mae deuodau cyflym, cynhwysedd isel sy'n gysylltiedig â daear a phŵer yn ddatrysiad da. Gallant drin ceryntau brig mawr, mae ganddynt gerrynt gollyngiadau gwrthdro bach, a gallant wrthsefyll trawiadau ESD lluosog heb ddifrod; mae'n llwyddo i ddargyfeirio corbys ESD i ffwrdd o ddyfeisiau diogelu sensitif ac mae ganddo oes hir. Fodd bynnag, mae angen un pâr deuod fesul llinell gard. Er gwaethaf y pris isel fesul dyfais, mae cyfanswm y gost gosod a'r gofod gofynnol yn gwneud datrysiad hollt yn anaddas.
Er enghraifft, mae angen 17 pâr deuodau i amddiffyn y porthladd cyfochrog IEEE-1284. Mae integreiddio gwahanol niferoedd o barau deuod mewn un pecyn yn arwain at yr ateb cost-effeithiol gorau posibl.
Mae egwyddor amddiffyn ESD yr amrywiaeth deuodau rhwydwaith amddiffyn deuod integredig yn syml iawn. Mae pâr deuod sy'n gysylltiedig â'r cyflenwad pŵer a'r ddaear yn cael ei ychwanegu at y llinell signal gwarchodedig. Yn ystod gweithrediad arferol, mae'r deuodau hyn yn dueddol o'r gwrthwyneb, ond mae gogwydd ymlaen yn digwydd pan fydd y foltedd ar y llinell signal yn uwch neu'n is, yn y drefn honno, na'r foltedd yn y derfynell gyfatebol. Mae tueddiad ymlaen yn digwydd yn ystod pwls ESD, pan fydd y deuod yn tynnu cerrynt i'r cyflenwad pŵer neu'r ddaear, gan adael y ddyfais warchodedig, sydd ond yn destun sioc foltedd a cherrynt bach.
Gan fod pinnau cylched integredig I/O wedi'u cynllunio i wrthsefyll folteddau HBMESD 2kV, gall y ddyfais warchodedig wrthsefyll yr egni hwn, ond mae hyn yn gosod gofynion llymach ar y rhwydwaith deuod allanol. Yn ôl dull IEC1000-4-2, mae angen i'r rhwydweithiau hyn wrthsefyll "rhyddhau cyswllt" o 8kV. Ymhellach, mae angen iddo hefyd glampio'r foltedd y tu ôl iddo fel nad yw cylchedau integredig neu ddyfeisiau goddefol eraill yn cael eu difrodi. Yn olaf, er mwyn peidio â diraddio perfformiad y signal, dylai cyfanswm cynhwysedd y pâr deuod fod yn llai na 5pF.
Gan fod angen pecynnau ôl troed bach ar gymwysiadau diwifr fel arfer, rhaid pecynnu dyfeisiau amddiffyn mewn pecynnau SOT, MSOP, a QSOP, sy'n fwy cystadleuol na datrysiadau arwahanol (Ffigur 3).
Rhaid i optimeiddio amddiffyniad ESD roi sylw i ddylunio a gosod y bwrdd cylched. Yn gyntaf, lleihau'r anwythiad parasitig rhwng y pwynt mynediad pwls ESD a'r rhwydwaith amddiffyn deuod (Ffigur 4). Bydd yr anwythiad parasitig yn gwrthsefyll newidiadau cyflym yn y cerrynt pwls ESD, gan ganiatáu i'r cerrynt ESD sy'n mynd i mewn i'r rhwydwaith deuod lifo i'r ddyfais warchodedig. Yn hyn o beth, dylai'r dylunydd osod y rhwydwaith deuod rhwng yr inductor a'r ddyfais warchodedig, sy'n gwella perfformiad amddiffyn ESD mewn dwy ffordd: mae'r inductor yn gwrthsefyll newidiadau cyflym mewn cerrynt ac yn lledaenu dros amser, gan leihau'r cerrynt brig; ESD Mae'r corbys yn cael eu gorfodi i basio drwy'r rhwydwaith deuod yn gyntaf, a dim ond ffracsiwn bach o'r corbys sy'n mynd i mewn i ddyfeisiau dilynol.
Yn dilyn mae bysellfwrdd esd di-wifr, llygoden esd di-wifr, strap arddwrn ed di-wifr:
