電氣過應力（EOS）和靜電放電（ESD）對集成電路是危險的。愚蠢的人類找借口，使用安慰劑，并希望物理定律不適用于他們。本文揭露了這種想法的愚蠢，并提出了保護電子系統(tǒng)的實用方法。

介紹

電氣過應力（EOS）和靜電放電（ESD）對電子電路構成了真正的危險。事實上，EOS和ESD是可預防IC故障的主要原因。有些人低估了EOS和ESD可能造成的損害的嚴重性。我們聽到了很多關于為什么沒有必要采取適當預防措施的借口：

“我不相信所有的hocus pocus（即花招）。

“我是一名工程師，這些年一直沒有問題。

“這里的濕度很高。”

“我們已經(jīng)在印刷電路板（PCB）中內(nèi)置了ESD保護。

“所有IC都有內(nèi)置的ESD保護。

“從統(tǒng)計學上講，可能性是不會發(fā)生任何事情。

本應用筆記揭露了這種錯誤思維的愚蠢，并提出了保護電子系統(tǒng)的實用方法。

物理定律和EOS/ESD定律

我們首先回顧這些熟悉的借口，即缺乏適當?shù)腅OS和ESD保護。

不幸的是，一個信念——即使是一個堅定的信念——通常與物理定律幾乎沒有關系。安慰劑可以在醫(yī)學上起作用，因為人類大腦的控制力比我們預期的要多。所有相信重力會停止的人，并不能阻止我們跌跌撞撞。無論人們?nèi)绾慰创癶ocus pocus”，當涉及到工程時，物理定律將始終適用。

無論一個人的職業(yè)如何，物理定律都存在。因此，如果一個部件沒有立即在煙霧中燃燒，并不意味著沒有EOS或ESD。明顯的功能也不意味著零件沒有損壞，以后不會死。

高濕度確實會降低ESD電壓。但是，請記住，建筑物的空調(diào)系統(tǒng)正在消除濕度，使我們感到舒適。人類并不擅長猜測相對濕度水平，這是事實。

板 ESD 保護就像我們汽車中的安全氣囊——它們用于事故而不是日常使用。內(nèi)置ESD保護功能可降低損壞的機會，但不能完全消除受傷的可能性。

雖然大多數(shù)IC集成了ESD保護，但ESD結構由微小元件組成。同樣，它們是用于事故而不是日常使用。

“從統(tǒng)計學上講，這不會發(fā)生在我身上。如果從統(tǒng)計上講，大多數(shù)汽車事故確實發(fā)生在離家25英里的范圍內(nèi)，那么更遠的地方就不會發(fā)生事故嗎？請記住，數(shù)字不會說謊，也不會顛覆物理定律

可靠的ESD保護符合物理定律

普通的 ESD 腕帶是帶有串聯(lián)（限流）電阻器的導電帶，通過電線和鱷魚夾連接到接地或參考點。大多數(shù)公司每天都會多次測試這種ESD保護的有效性。佩戴腕帶的人前往 ESD 測試站，將鱷魚夾連接到接地端子。當人將手指觸摸到另一塊測試金屬板上時，機器會向人的身體增加靜電勢。如果電壓升高，則腕帶失效;如果接地有效地降低電壓，則表帶適合繼續(xù)使用。

經(jīng)過驗證的過程遵循物理定律并且是可靠的。但仍有一些消息來源顛覆了這一過程，并將有效的 ESD 腕帶轉化為 ESD 安慰劑。這是上述A項中的ESD hocus pocus。例如，取上相同的腕帶，不要將鱷魚夾連接到 ESD 測試儀接地。現(xiàn)在，當用手指觸摸金屬板時，電壓升高，腕帶失效。多年來，一直有公司銷售沒有地線的腕帶或聲稱地線是可選的。

這種無線腕帶假聽起來很愚蠢，甚至像個笑話，但事實并非如此。幾年前，另一家半導體公司的一位朋友講述了一個故事。多年來，他們一直在從一家大型離岸制造商那里購買產(chǎn)品，但突然發(fā)生了一些變化。他們發(fā)現(xiàn)進口零件中的ESD損壞。當被問及時，離岸消息人士表示沒有任何變化，他們采取了嚴格的ESD安全預防措施。最后，這家半導體公司將一位ESD專家?guī)У搅酥圃焐痰奈恢谩Ｒ蛔哌M工廠，專家就看到到處都是無線腕帶。通過更換接地線解決了ESD問題，并且ESD損壞的部件數(shù)量急劇下降。

IC 中的 EOS/ESD 保護

我們?nèi)绾伪Ｗo電子產(chǎn)品免受ESD和EOS的影響？

IC內(nèi)部的ESD結構設計用于在客戶將器件安裝到其產(chǎn)品PC板上之前對其進行保護。由于IC尺寸有限，因此無法承受系統(tǒng)ESD事件。然而，在電路板層面，輸入和輸出可以具有更穩(wěn)健的ESD結構。這些外部分立元件往往比IC的內(nèi)部ESD保護元件在物理上更大，并承載更大的電流。

PC 板通過分立式硅（小信號或基準）、肖特基二極管、雪崩（齊納）二極管、瞬態(tài)電壓抑制 （TVS） 二極管、氣管放電器件、電阻器、電感器和金屬氧化物壓敏電阻 （MOV） 的組合來防止 ESD。串聯(lián)電阻器和電感以及接地電容可用作低通濾波器。火花的上升時間非常快，因此我們可以減慢它的任何方法都會降低峰值電壓。

圖1.典型的內(nèi)部 IC ESD 結構。

圖1所示的ESD結構位于IC內(nèi)部。圖1C是最常見的設計，在輸入和輸出信號引腳上使用兩個二極管。大多數(shù)IC數(shù)據(jù)手冊都規(guī)定，這樣的引腳的最大值電壓從-0.3V（如果接地是最低電壓）到V抄送（電源）加0.3V。這些是正向壓降為0.6V的硅二極管，那么為什么數(shù)據(jù)手冊說0.3V？答案是因為在高溫下，二極管開始泄漏大量電流。二極管對地的操作通常很明顯。二極管至 V抄送要求電源為低阻抗才能有效。除非電源非常接近，否則低阻抗由去耦或旁路電容器處理。

在圖1B中，電源引腳沒有更高的電壓連接，因此齊納二極管將保護該引腳。圖1A中的齊納二極管出現(xiàn)在隱藏用途的引腳上。例如，一個零件，特別是IC的數(shù)字部分，可能具有特殊的測試或微調(diào)模式，用于自動工廠測試。要進入此模式，可以將引腳拉出一個高于V的二極管壓降抄送.測試后，斷開IC電源以退出測試模式。

除了大多數(shù)模擬產(chǎn)品內(nèi)置的ESD保護外，Analog 還生產(chǎn)專門的 ESD 保護和其他故障保護器件，包括 ESD 保護二極管、模擬開關和多路復用器、開關去抖動器/保護器、過壓保護 （OVP） 控制器、信號線保護器、鋰離子 （Li+） 電池保護器以及限流和 USB 電源開關。

審核編輯：郭婷