用于优化 静电放电射频前端设计的 种子方法（第 3.部分，共 3.部分）
2018年 8.月 17日
本博文系列共分为3.部分，这是最后一部分，全面介绍静电放电（公共服务电子化）和移动设备静电放电系统设计。
- 第1.部分介绍了静电放电的基本概念及其与系统设计的关系。
- 第2.部分为静电放电系统设计提供了战略指导，介绍了用于板载静电放电保护的工具和组件。
- 第3.部分（本篇博文）将介绍系统高效静电放电设计（种子）建模技术和射频前端（RFFE）设计的考虑因素。
综合各种因素
通常，系统设计人员使用反复试验的方法来添加静电放电保护。那是否存在负面影响呢？仅使用组件级静电放电规范不足以实现稳健的系统设计。我们的目标是预测最终手机设计的静电放电性能，以创建一个提供静电放电保护的万无一失、一次性过关的系统设计。
最佳方法之一是使用模型来仿真IEC 61000-4-2接触放电脉冲，这样您就可以在确定静电放电性能之后才投入时间和成本，用于实际的原型设计。
为此，我们采用系统高效静电放电设计（种子）方法。如果您有兴趣了解有关种子的更详细信息，可以进一步阅读静电放电工业委员会白皮书系统级静电放电第1.部分：常见误区及推荐的基本方法。
种子是一种板载和片上静电放电保护的协同设计方法，它有助于分析和实现系统级静电放电稳健性能。该方法要求对静电放电应力事件期间的外部静电放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。.
板载保护与片上保护
有关一级和二级静电放电保护的细分以及RFFE保护的战略，请参阅本博文系列第2.部分。
种子建模和仿真的主要步骤
种子方法需要对系统的各种组件和轨迹进行建模和仿真。总体来说，使用种子方法的建模和仿真步骤包括：
第1.步：收集系统信息，例如：
- 个人计算机板格伯文件，包括个人计算机板材料规格（堆叠文件、传输线规格等）
- 瞬态电压抑制器（电视）、电感和电容的器件型号（S-参数、I-V特性、静电放电额定值、IV-TLP特性等）
- 射频前端模块输入输出引脚的片上静电放电保护模型（IV-TLP测量、S-参数、静电放电额定值等）
第2.步：运行瞬态和射频仿真，对静电放电保护器件在系统级静电放电应力和正常工作期间的行为进行建模。
具体步骤：如何进行种子仿真
让我们通过一个简单的示例来说明如何使用种子方法来设计静电放电保护。
首先，您需要确定系统中所需的隔离阻抗，以确保集成电路引脚的峰值静电放电电流和电压在片上（次级钳位）保护能力的范围内。这通过利用IEC应力模型和板载电视组件的传输线脉冲（TLP）数据（初级钳位）和集成电路接口引脚（次级钳位）创建仿真来完成。
最终，您的目标是确认实现系统静电放电保护所需的组件。为此，需完成以下步骤：
- 创建静电放电脉冲。
- 加载格伯文件。
- 将所有其他组件加载到建模软件中。
- 运行仿真以确定RFFE引脚处的IEC应力水平。
- 确定实现板载静电放电保护所需的组件。
- 将组件添加到模型中。
- 重新运行仿真以验证添加的组件是否有效。
- 通过静电放电测试后，进行最终的个人计算机板布局。
让我们对每一步进行详细阐述。
第1.步：使用IEC 61000-4-2规范值来创建静电放电脉冲
将如下所示的RLC（电阻-电感-电容）电路的模型原理图加载到仿真工具中，并验证是否得到如下所示的波形。该模型将仿真静电放电脉冲。请注意，某些值可能需要调整才能获得精确的波形。
第2.步：加载格伯文件
接下来，使用三维格伯布局文件来评估个人计算机板的走线。将这些文件放入建模软件中。对布局轨迹进行建模，例如微带线的尺寸。
第3.步：将所有其他组件加载到建模软件中
这些组件包括：
- TLP I/O器件引脚数据
- 匹配组件
- 传输线组件
第4.步：运行仿真
加载完所有组件后，您希望查看结果如何。此时，您要确定RFFE引脚的IEC应力水平。如果该水平值超出内部集成电路保护的能力，那么您将需要添加板载静电放电保护，例如隔直电容、电视二极管等。
第5.步：确定实现板载静电放电保护所需的组件
我们在本系列博文的第2.部分中介绍了静电放电保护的不同组件和战略。比较可用的各个保护组件，以确定最适合您设计的组件。
例如，假设仿真显示您的系统需要额外的板载保护。下图显示了通过比较TLP模型的数据查看的几个组件。橙色线是采用库沃RFFE模块端口的TLP模型。其他三个TLP模型是正在评估的电视组件。根据以下TLP数据，组件1.和组件2.是两个最佳选择。它们都符合我们的系统要求；然而，进一步分析了位移回跳区域后，我们选择组件1.，因为它的触发电压更低。触发电压更低意味着电视不太可能通过削弱系统信号性能影响我们的设计。
我们选择了电视组件后，将其放置在正确的板载位置也非常重要。如下图所示，将电视移近静电放电入口点可以最大限度地降低静电放电能量。个人计算机板的走线可根据电视位置增加和减少第一个峰值电流的幅度。
第6.步：将组件添加到模型中
一旦选择了静电放电保护元件（在我们的示例中为电视二极管），您需要将它们添加到仿真中，如下所示。
第7.步：重新运行仿真以验证添加的板载静电放电组件是否有效
现在所有数据都加载到您的仿真中，您可以运行瞬态模拟，分析射频路径的电流/电压曲线，并调整内部引脚（例如模块引脚）上的最小残留值以及系统性能。
注意：紧凑型仿真器支持使用s参数数据进行瞬态模拟。s参数数据也可以在需要时转换为集总模型。
最终目标是您的系统设计能通过IEC应力测试。不同的应用将需要不同的组件或战略，而在设计阶段初期对它们进行建模将有助于提高通过IEC认证的可能性。
第8.步：进行最终的个人计算机板布局
一旦您的设计通过了仿真，您就可以进行最终的系统个人计算机板布局。使用种子的不同之处在于，您直到完成板载静电放电保护仿真与建模之后才进行系统个人计算机板布局——而不是在设计阶段的初期。
使用种子提高通过静电放电认证的可能性
种子能够更好地理解系统性能和集成电路静电放电设计功能。IV-TLP曲线提供有关片上、模块内和板载静电放电功能的所需信息。将瞬态模拟添加到曲线图上，即可评估片上和板载静电放电保护器件的整体行为，以及它们在系统级静电放电应力下的协同表现。这样，从硬件开发的初始阶段就能够放心地构建最佳协同设计——最终可提高效率并降低总体设计成本。
阅读我们关于克服移动设备中静电放电挑战系列的所有博文：
- 第 1.部分：做好准备：关于 静电放电和 射频设备您需要了解什么
- 第 2.部分：移动设备的 静电放电设计战略：您的 种子工具
- 第 3.部分：优化 静电放电射频前端设计的 种子方法（本博文）
