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。

    防静电模型和波形的测试

    人体和衣服一天可存储500 V2500 V静电电荷,但是人类只能感受到3,0004000 V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:

    • 人体模型(HBM)这种测试模拟人体通过接触集成电路释放所积累的静电的防静电事件。采用一个带电的100 pF电容和一个1.5 kΩ放电电阻进行模拟。

    人体模型(HBM) ESD测试和分类等级

    • 带电设备模型(CDM)这种测试模拟在生产设备和工艺中发生的充电和放电事件。设备在一些摩擦工艺中或静电感应过程中获得电荷,然后突然接触到一个接地物体或表面。

    带电设备型号(CDM) ESD测试和分类等级

    虽然制备级测试有效集成电路防静电稳健性,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:

    • 系统级IEC 61000-4-2
    • 设备级HBM
    • 设备级清洁发展机制

    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。

    比较HBM、CDM和IEC放电脉冲的ESD模型电流波形

    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。

    组件级与系统级IEC ESD测试

    测试不充分的问题

    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。

    实现产品稳健性的关键:系统级防静电

    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:

    • 系统级应力事件及其对整个产品的影响设备级防静电测试结果只能为系统防静电设计提供非常少的信息,因为它们无法反映电子设备在IEC ESD事件期间经历了什么。
    • 系统中板级作用以及在防静电应力作用下与电子部件外部接触的引脚瞬态行为。
    • 高度的含量化方法(如组件级传输线路脉(TLP)数据),用于分析集成电路、板和系统的相互作用。

    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

    最佳方法:系统高效防静电设计(种子)

    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:

    演示SEED的设计和仿真

    我们将在本博客系列的2部分和3.部分详细介绍种子。这一部分主要是对种子进行概述:

    • 个人电脑板的防静电保护为一级保护,可防止对集成电路或或成成物理Ⅳ。
    • 片上保护发表二级保护的作用。


    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。

    接接:射频前端设计的防静电保护战略

    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。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:

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