2018 年 7 月 30 日
本博客是手机防静电保护系列的第1部分。该系列共分为3.部分。
静电放电(ESD)现象从一开始就存在。我们第一次接触防静电往往是在孩童时代,在干燥的冬日触碰金属门把手时,会有种触电的感觉——这就是静电放电。这种短暂的不适感通常对人类来说不是问题,但是即使是少量的防静电也有可能会损毁敏感电路。
手机设计人员一直都面临着何时以及如何解决这一自然现象的挑战。本博客解释了系统级防静电保护为何如此重要,同时使大家能够了解高速移动设备中系统级防静电。
人体和衣服一天可存储500 V至2500 V静电电荷,但是人类只能感受到3,000至4000 V的防静电脉冲。这远高于电子电路受损的水平,即使人类无法检测到。
设计人员必须从多方面解决防静电问题,对组件制造商来说,是在其设计阶段和设计工作结束之时。简而言之,防静电保护需要一种多层面方案。
通常,集成电路(集成电路)制造商按照防静电行业标准标准,测试和验证其集成电路。这可在集成电路生产或在个人电脑板上装套时出现物理损坏。针对防静电,通常进行的两种测试包括:


虽然制备级测试有效集成电路的防静电稳健性,但系统级测试可衡量现场的电子设备保护(即原始设备制造商(OEM)设备或终端产品)。
为了更好地了解最终产品所需的防静电保护,OEM应采用系统级防静电方法进行设计,然后按照国际电工委员会(IEC)防静电标准61000-4-2测试最终产品。IEC 61000-4-2被视为终端产品防静电测试和评级的行业标准。该测试可确定系统对现场外部防静电事件的易损性。
下图比较了三种脉冲的能量和峰值电流:
IEC ESD事件脉冲显然更强,因此系统中的设备更加难以通过。尽管设备级测试(HBM和清洁发展机制)比较有用,且可提供防静电稳健性的基础,但在系统级IEC测试期间并不总是能够确定生存性。

为进一步展示这一概念,下表显示了组件测试和系统级IEC测试之间的差异。大家可以看到,差异很大,系统应力水平更高。总而言之:较之于设备级设计,系统设计必须满足更严苛的要求。

在开发阶段进行系统级防静电测试可能会是个问题。例如,测试评估/不完整板组件上的防静电并不能代表所有情况。这些组件的结果并不保证完整系统的最终结果。
设备级防静电测试(即HBM和清洁发展机制)旨在通过适当的防静电控制在工厂生成适合分立式组件的可重复且可再现的结果。这就是所谓的防静电保护区(EPA)。然而,这些测试并不是为了解决现实世界中环境保护署范围之外的全部产品级防静电事件。
相反,防静电稳健型系统设计的关键是要考虑防静电在系统中的影响。为什么获得系统级视角,设计人员必须了解并解决下问题:
系统级防静电保护战略取决于物理设计、产品要求和产品成本。
深入了解
进一步了解系统级防静电:
系统高效防静电设计(种子)是一种系统级方法,考虑了系统中所有组件的瞬态响应。种子方法还包括对集成电路引脚上个人电脑板外部端口施加的IEC应力的物理化。
种子是一种实现板载和片上防静电保护的协同设计方法。利用种子,您可以分享和实现系统级防静电稳健性。该方法要求对防静电应力事件期间外部防静电脉冲之间的相互作用、完整的系统级板设计以及设备引脚特性有一个全面的了解。
种子方法是实现对称且稳健的系统级防静电保护的最佳方法。如下图所示,种子利用以下信息设计系统级防静电保护:

我们将在本博客系列的第2部分和第3.部分详细介绍种子。这一部分主要是对种子进行概述:
种子的基本概念旨在防止具有损坏性质的防静电脉冲抵达内部集成电路引脚。通过执行和分析防静电系统级模拟可实现适当的系统级防静电设计。
众所周知,在手机设计中战略性地实现防静电至关重要。这样做可缩短设计工程周期时间,减少防静电故障和研发开支。
在本博客的博士中,我们将深入探讨防静电保护组件以及减少防静电对移动射频设计影响的不同战略。第3.部分将解释如何利用模拟和建模确定系统级防静电保护。
敬请阅读我们关于克服移动设备防静电挑战的系列博客文章: