高速數據應用中ESD抑制技術簡介
圖2 基于空氣-間隙的器件在經歷1000次脈沖沖擊后性能特點也相當穩定
應用及終端產品
許多高速數據應用和終端產品采用混合式保護方式,在數據和時鐘線上采用基于間隙的器件,在電源連接部分采用多層壓敏電阻或基于硅的瞬態電壓抑制二極管。例如,USB接口的D+和D–線要求高速保護,這可以采用分立的芯片利用附加的多層壓敏電阻或瞬態電壓抑制器件用于VDD電源保護。PC、筆記本電腦、上網本等產品中常常需要多個USB接口連接。
對于這些設備,兩個分離的端口的數據線對(data line pairs)可以采用在USB控制器和端口之間的一個單芯片陣列來實現保護功能(如圖3所示)。理想情況下,靜電放電抑制器件應該盡可能地在物理上靠近USB端口,以保證提供合適的電路保護。
圖3 兩個分離的端口的數據線對可以采用在USB控制器和端口之間的一個單芯片陣列來實現保護功能
現在,在高清電視和顯示器中,HDMI連接已經非常普遍。這些連接器共擁有19個引腳,包括:3個數據通道對(data channel pairs)(每個帶一個地)、一個TMDS對(加上地)、DDC數據、時鐘、CE遠程線,所有這些都需要高速保護。通過將2個數據通道對采用一個陣列,另一個數據通道對與TMDS時鐘對采用一個陣列,則只需要兩個靜電放電抑制陣列,即可對8個高速連接提供有效的保護,剩下的3個(DDC數據、時鐘、CE遠程線)可以采用分立的靜電放電抑制芯片來實現保護功能。
數碼相機、手機、PDA中常用的小型存儲卡的保護相對來說就比較簡單了,唯一不同的一點要求是器件的尺寸要小,像0402尺寸的器件就可以很好地滿足要求。
雖然0201尺寸的器件還不能確定什么時候會面市,但可以預見將來會出現0201尺寸的器件。對這些SIM卡,常用分立的高速抑制芯片來保護I/O、時鐘、復位引腳,而VCC電源引腳則采用多層壓敏電阻或瞬態抑制器件來實現保護功能。
由USB、HDMI、DVI以及其他的高速接口帶來的更快的數據通信速率,使得過去傳統的ESD解決方案不再有效。多層壓敏電阻和基于硅的瞬態電壓抑制器件具有太高的電容,導致無法保證高速數據通信時的不失真和插入損耗。新型的基于間隙的器件將有效電容大大降低,達到0.05pF或者更低。此外,基于間隙的器件可提供非常低的漏電流和極高的穩定性,甚至可以經受上千次的ESD事件。近期的技術突破使得比聚合物器件具有更低電容和更低觸發電壓,以及鉗位電壓的基于空氣間隙的ESD抑制器件成為現實。低觸發電壓和低鉗位電壓意味著可實現更精確的保護,以及更少的來自ESD的能量到達敏感器件,以得到更長久的可靠性。
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