移动设备的ESD设计策略：你的SEED工具(Part 2 of 3)

这是三部分系列中的第二个博客，用于解释静电放电（ESD）和系统级ESD设计的各个方面。

板载ESD保护设备

作为一般策略，您可以在PC板上使用多个保护组件来保护最终产品免受ESD事件的影响。这些保护组件可以包括以下内容：

关于瞬态电压抑制器（TVS）的更多信息

TVS二极管是ESD保护的主要元件之一。当感应电压超过雪崩击穿电压时，它们通过分流多余的电流来工作。它们是一个夹紧装置，抑制击穿电压以上的所有过电压。当过电压消失时，它们会自动复位到关闭状态，但会在内部吸收更多的瞬态能量。

A TVS diode may be either unidirectional or bidirectional. A bidirectional diode can be represented by two mutually opposing avalanche diodes in series with one another, as shown below, and connected in shunt configuration relative to the pin to be protected. These devices are manufactured as a single packaged component.

对于射频应用中的ESD保护，必须使TVS二极管的电容尽可能小。这避免了输入匹配失谐，因此，保护装置将产生较少的谐波失真。

下图显示了电流-电压（I-V）曲线双向TVS二极管。如您所见，电视机相对于原点是对称的，其ESD保护能力可用于正负ESD冲击。

以下曲线图比较了变阻器，聚合物和TVS二极管的残留电压响应于ESD攻击。如您所见，今天的基于硅的电视二极管是ESD罢工最有效的方法。

板载TVS二极管放置的重要性

However,哪里你把电视机放在哪里会有很大的不同。如果电路设计不当，静电放电保护就不会那么有效。请记住以下一般准则：

• 开发PC板时要小心，因此迹线不冗长，因为这提供了不必要的电感。
• 请记住：与TVS设备串联的电容器分解主ESD电流路径，而添加到主ESD电流路径的任何RF电感会增加残余路径中的总阻抗。
• 如果您正确地放置电视，您不需要所有其他ESD组件。
  

那么什么是合适的位置呢？如下图所示，您应该：

• Use only the TVS.
• 在电容器或电感之前或之后不要放置电视。
• Make sure there’s no trace. When you place the TVS, it should be right between the RF path and ground.

Getting grounded: The mechanical factor

To mitigate ESD events, it’s essential to properly ground every aspect of the finished end-product — the PC board, all IC chips and components, the housing, cover, etc. Make sure you consider all the following aspects in your end-product’s grounding:

• All metal pieces must connect to the system ground via a low-impedance path.
• 浮动金属部件是ESD危险。
• 所有金属物品必须接地或更换为塑料，在那里适用。
• Multiple interconnected PC board designs can result in highly resistive, inductive system grounds. You should pay special attention to the antenna protection when the primary TVS and the RF module are placed on different PC boards.

基本的和secondary ESD protection

下图显示了一个高级，基本视图的主要和辅助钳位，用于ESD保护RF前端(RFFE).

Note: Some system designs require an additional on-board secondary clamp located before the IC to mitigate any residual ESD charge a component pin might see.

让我们在主保护中看起来更近：

• 初级保护（板载）：该保护可以包括夹紧组件，如分流电感器或电视元件（二极管，压敏电阻和火花间隙）。这些初级夹具分流大型ESD电流。主要夹具应专注于外部连接和暴露于直接ESD Energy Incress的其他接口。它们还在减少IC部件销处出现的残留ESD应力方面发挥着重要作用。
• 二级保护（片上）：这种保护用于夹紧在器件引脚上积聚的任何残余ESD应力。ESD瞬态的形状在很大程度上取决于板载主箝位特性和PC板设计。

初级和次要ESD保护阶段的共同设计 - 即车载和片上保护 - 是种子方法的基本概念。这两个阶段提供了必要的保护，其中两个分支机构的电流承载能力通过串行阻抗平衡。

模拟和分析两个保护阶段有助于板设计人员选择适当的板载保护钳位，以确保有效处理达到IC的峰值剩余脉冲。使用模拟的种子保护设计需要放在一起国际电工委员会（IEC）应力模型、基于种子参数的TV和IC接口引脚模型以及隔离阻抗电路（即，在PC板上）。我们将详细讨论如何模拟和分析您的种子设计在第三部分。

RF前端的保护策略（RFFE）

Different applications will have different demands for ESD protection. One approach might be good enough for your application, but it may not work for others. Ultimately, the design you use has to pass FCC and IEC testing, so that your product can be certified and sold.

L.et’s look at several strategies you could employ for ESD protection in the RFFE.

S.trategy #1: Basic protection – Shunt inductor

最基本的方法使用分流电感器。如下图所示，电感器（L）是用于ESD电流脉冲的主分流元件。该电感应在低纳米亨利范围（<20nH）中，是有效的ESD保护溶液。但是，它确实添加了插入损耗，从而创造了一些射频性能挑战。通常为RF匹配目的引入并联电容器，而不是ESD保护。

策略＃2：单级高通滤波器

A second approach uses a single-stagehigh pass filter（HPF），如下图所示。但是，这可能不是最有效的方法。

S.trategy #3: Two-stage ESD protection

A third approach uses two stages of ESD protection, as shown in the next figure. This approach uses a TVS as primary protection and an HPF for secondary ESD protection to capture the residual stress.

如下图所示：

• 第一阶段（TVS）夹紧电压<20V，这将峰值电压降低至<50 V.
• The HPF in the second stage further reduces residual voltage pulses, clamping at <10 V. This reduces the peak voltages <20 V.

ESD保护的最佳方法

Ultimately, you’re trying to reduce the voltage that the IC would see in an ESD strike; the goal is to reduce all the peak voltages before they hit the IC. We believe an ideal ESD strategy is the两阶段方法，with the first stage using a TVS element (TVS diodes) and the second stage using an HPF network.

好处：

• 它可以提高您的板级ESD保护，并为您提供通过IEC测试的最佳机会。
• 它进一步减少了沿RF路径的ESD脉冲幅度和剩余电压。
• 双向电视二极管有助于防止正面和负脉冲。
• 任何残余电压脉冲都被高通滤波器钳制。
• 因此，它为组件引脚提供了最佳保护。

Next up: Implementing SEED in your system design

当移动设备未通过认证测试时，在设计周期中迟到的ESD问题并不罕见。我们了解到最好的方法是计划ESD保护和射频设计从一开始设计之前,the full board — because it reduces churn, design spins and certification headaches.

既然你有背景和工具要解决ESD，我们的last blog in this serieswill talk about SEED methodology in detail and how you can incorporate it into your system-level designs.