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当电子元件性能下降:如何保护您的模拟前端‘PG电子’

企业团队 / 2021-08-30 00:25

本文摘要:本文目的协助指导系统设计人员理解有所不同类型的电气短路(EOS)及其对系统的影响。虽然本文针对系统中产生的特定类型电形变,但是这些信息也限于于各种场景。这个问题很最重要,因为如果不加以必要维护,即使是最差的电路也不会性能上升,或因电气短路损毁。 何谓EOS?EOS是一个标准化术语,回应因为过多的电子通过适当路径企图转入电路,导致系统忍受过大压力。有一点必须留意,这是一个随功率和时间变化的函数。如果我们将简单电路看做一个非常简单的消耗功率的元件,例如,将它视作一个电阻。

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本文目的协助指导系统设计人员理解有所不同类型的电气短路(EOS)及其对系统的影响。虽然本文针对系统中产生的特定类型电形变,但是这些信息也限于于各种场景。这个问题很最重要,因为如果不加以必要维护,即使是最差的电路也不会性能上升,或因电气短路损毁。

何谓EOS?EOS是一个标准化术语,回应因为过多的电子通过适当路径企图转入电路,导致系统忍受过大压力。有一点必须留意,这是一个随功率和时间变化的函数。如果我们将简单电路看做一个非常简单的消耗功率的元件,例如,将它视作一个电阻。在额定功率为1W的1Ω电阻上产生1.1V电压,计算出来功耗的公式如下:计算出来得出结论,消耗的功率为1.21W。

虽然电阻的额定功率为1W,但是有可能不存在一些余量,所以继续不必担忧这一点。但并不需要一直如此。将电压减少到2V,不会经常出现什么情况?如果功耗超过之前示例的4倍,那么电阻可能会像一个空间加热器在很受限的时间内提升环境温度,但是请求忘记这个公式:如果将电压减少到10V,但仅持续10毫秒呢?有意思的地方就在这里:如果不理解部件,以及设计处理部件的目的,您就无法确实理解不会对该部件产生什么影响。

现在,我们来看整个元件系统。哪些部分易受EOS影响?一般而言,任何包括电子元件的部分都更容易受到EOS影响。尤其脆弱的部分是那些与外界的模块,因为它们很有可能是年所认识到静电静电(ESD)、失火等的部分。

我们感兴趣的部件还包括USB端口、示波器的仿真前端,以及近期的高性能物联网混合器的电池端口等。我们如何告诉要防止哪些问题?虽然我们告诉我们想维护系统免遭电气短路,但是这个术语过于明确了,对于我们要求如何维护系统没任何协助。

为此,IEC(以及许多其他的组织)做到了大量工作来弄清楚我们在现实生活中可能会遇上的EOS类型。我们将重点探究IEC规范,因为它们涵括普遍的市场应用于,而与该规范涉及的恐慌状况也解释必须本文来厘清。表格1表明了三个规范,它们定义了系统有可能遇上的EOS状况类型。

在本文中我们只对ESD做到深入探讨,同时也不会让大家熟知电较慢瞬变(EFT)和浪涌。表格1.IEC规范规范术语现实仿真特性IEC61000-4-2静电静电(ESD)静电静电最低电压,最较短持续时间,单次冲击IEC61000-4-4电较慢瞬变(EFT)外部电源元件(例如,电机的电感尖峰)高压,较短的持续时间,重复冲击IEC61000-4-5浪涌失火、电力系统电源瞬变(例如降压转换器)高压,最久持续时间图1.8kV时的理想认识静电电流波形。图2.合乎IEC61000-4-4标准的电较慢瞬变4级波形。图3.IEC61000-4-5浪涌在8μs/20μs电流波形方位改以长时间状态。

集成电路制造商没对芯片实行ESD维护吗?问题的答案既认同又驳斥,并不那么令人满意。是的,这些芯片中的维护主要用作应付生产过程中的ESD,而不是在系统通电状态下的ESD。这一差异十分最重要,因为在放大器相连电源和没有相连电源时,其在遭到静电时的反应截然不同。例如,内部维护二极管可消除在无电源供电时对部件的静电静电冲击。

但是,当有电源供电时,对部件的静电静电冲击可能会使内部结构传导的电流多达其设计忍受水平。这有可能造成该部件损坏,明确由部件和电源电压要求。这是全球范围内亟待解决的问题!如何维护我的IC免遭这种潜在威胁?我期望您需要意识到,这个挑战牵涉到很多因素,一个非常简单的解决方案是无法应用于所有情况的。

下方是一个牵涉到因素列表,所列了要求部件能否忍受EOS事件的因素。这些因素分成两组:我们无法控制的因素和我们可以掌控的因素。无法控制的因素:IEC波形:ESD、EFT和浪涌的曲线各有不同,它们不会以有所不同的方式反击器件的某些弱点。

考虑到器件的工艺技术:有些工艺技术比其他技术更容易再次发生闩锁住。例如,CMOS工艺更容易再次发生闩锁住,但在许多现代工艺中,可以通过精心设计和沟槽隔绝来减低这种危害。考虑到器件的内部结构:集成电路的设计方法很多,所以对一种电路有效地的维护方案对另一种有可能违宪。

例如,许多器件都有时序电路,检测到波形充足慢时,就不会启动维护结构。这有可能意味著,如果您在静电静电的方位减少更加多电容,那么需要忍受静电静电冲击的器件有可能无法忍受这种电容冲击。

这种结果出乎意料,但认识到以下这一点十分最重要:少见的电路维护方法,即RC滤波器,可能会让情况更糟。可以掌控的因素:PCB布局:部件离冲击的方位越近,其电能波形就越高。这是因为,当冲击波形沿某条路径传播时,从传播路径电磁辐射过来的电磁波不会有能量损耗、这是由于路径电阻产生的热量以及与周边导体耦合的寄生电容和电感所造成。维护电路:这是对器件的生存能力最有意义的部分。

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上述我们无法控制的因素将不会影响我们如何设计维护方案。现在有过压维护(OVP)和过限额(OTT)特性。我可以利用这些特性来维护电路不不受高压瞬变影响吗?无法!不要这样做到。

这不是个好主意。OVP和OTT特性让部件的输出在忍受多达电源电压的电压时,本身会受到损毁。依赖这些特性来维护电路不不受高压瞬变影响,就看起来依赖雨靴来应付高压冲水机一样。雨靴只对水深不多达其高度的浅水沆有效地,就像OVP和OTT只限于于比其额定值较低的电压。

OVP和OTT的额定电压比等价的供电轨电压低几十叱。它无法抵抗8000V的高压。图4.IEC-61000-4-2测试中使用的电路。

我如何告诉维护电路否有效地?通过融合器件科学知识、经验和测试,我们大体可以告诉,系统中应当使用哪些部件最不利。为了确保器件高效率,各家制造商获取了五花八门的维护组件,我只辩论两种经证实需要有效地维护仿真前端的电路维护方案。以下方案假设使用一个缓冲器配备的运算放大器。这被指出是最严苛的维护测试,因为同互为输出不会忍受所有冲击,除此以外,电能无处可去(加装维护电路之前)。

图5.通过在仿真输出末端配备低通滤波器构建输出维护。


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