系統級ESD：一盎司預防勝過一磅治療

最近，我頻繁地與客戶進行互動，就像我最近做的那樣。這似乎是一個有點瘋狂的工程師為我們的團隊在Semtech公司解決了他的系統級ESD問題的一些第十一小時的幫助。這個傢伙遭到了一些非常麻煩的ESD攻擊。他的產品不僅不合格，而且在一些早期的實地試驗中，他甚至看到了ESD引起的故障。更糟糕的是，他很快就沒有時間來解決這些問題了。他的管理層越來越不耐煩了，為了增加壓力，有一個大的，苛刻的終端客戶在等待這個產品。這個時間表再也不能容忍了，當他向我們伸出時，情況變得越來越嚴重了。

　　當我們更多地和這個工程師討論這個問題和問題的本質時，很明顯，有一些簡單的事情，如果應用在設計周期的前端，可能有助於在解決問題上創造一個「軟著陸」。

　　首先，我們的朋友沒有在產品的任何I/O介面上實現保護夾具。至少，最好是把PCB板的布局作為一個「安全閥」移動，如果他需要保護。即使他沒有填充那些帶有ESD箝位裝置的墊子，至少他會允許以後再這樣做。然而，真正使這個產品成為EMC挑戰的是高速性能的硅驅動I/O，而最新的(65納米，45納米和28納米)高速通信IC提供了令人難以置信的速度和省電性能，他們也往往更容易閉鎖或損壞的快速上升時間ESD瞬態。因為它是，即使一個較弱的下閾值可以把ESD ZAP板壞了。

　　隨著我們講得更多，我們學到了一些歷史。沒有任何ESD夾，他的董事會第一次故障未能遵守ESD法規。因此，在董事會的第二次修訂中，我們的朋友實施了一個更好的ESD計劃。在第二次修訂中，他顯然發現並提供了一個靜電放電額定值為+ / 15千伏的電視夾具。他在董事會的I/O埠上撒了幾個這樣的代碼，很高興地認為這部分為他的系統買了一個健壯的+ / 15千伏ESD免疫系統。雖然這是朝正確方向邁出的一步，但對ESD威脅仍存在基本誤解。從董事會商店到合規實驗室的2版董事會的自旋-仍然遠遠低於+ / 15千伏。雖然在這一點上，與電路中的電視，他確實看到一些輕微改善系統的魯棒性。

　　現在，對他兩次打擊，他驚慌地向我們轉過身來。當我們討論這些問題時，我真的感到這個工程師的焦慮。事實上，它真的好像ESD瞬變橫行在他的PCB運行軌跡不僅威脅要殺死他的板通信集成電路，但整個局面確實威脅要殺死他的工作。他需要一個解決辦法，而且很快!隨著時鐘的滴答聲和終端顧客的不耐煩的呼聲越來越大，我們接管了。他把他的牌給我們保護的目的，Semtech公司實驗室維護和強化產品的ESD。從本質上說，如果我們能在短時間內提供一個可行的解決方案並完成我們的工作，我們就可以挽救他。沒有壓力!

　　然而，我們需要消除的第一件事是對系統級健壯性和TVS器件的ESD等級的誤解。雖然TVS設備數據表上的ESD額定值屬於TVS箝位器件，但與他在PCB上實現的系統級保護沒有多大關係。該設備評級適用於TVS設備本身的故障閾值，但並不意味著保證系統的免疫水平。由於它是，他的系統電路是如此敏感，以電容限制和尺寸要求的TVS部分，實現+ / 15千伏的系統級免疫力將是非常具有挑戰性。

　　此外，我們還解釋說，並非所有的TVS設備都以相同的方式構建，或者以相同的基本方式執行。事實上，不同廠家的兩個TVS箝位裝置的鉗位電壓性能可能會有很大的變化。當緊張的產品計划上線時，選擇便宜的、山寨的電視設備是一個糟糕的策略。在這些情況下，您需要精心設計的、經過驗證的解決方案。

　　所以，我們改造他的董事會與一些Semtech的更新，高性能，低的夾緊裝置–設備高度工程化的南瓜高的峰值電流。在這方面，ESD免疫力有了顯著的提高。他的系統現在舒適地通過+ / 8千伏在這一點上(對於大多數設計，+ / 8千伏足夠了)。董事會仍然沒有通過+ / 15千伏接觸放電(拉伸目標)，但他看到了巨大的改善，從他的主要PCB第二次修訂。

　　我們仍然想努力提高系統免疫力以達到他的目標。所以，在這一點上，我們壓制殘餘暫態電流增加一點點串聯電阻在數據線–足夠的抵抗力，但不足以影響信號的性能。雖然增加電阻並不理想，但它確實起到了增強ESD免疫力的作用。在這麼晚的階段的設計周期，增加串聯電阻提供了一個相當容易實現的修復。

　　最後，最初看起來像是一場即將來臨的災難，結果都很好：一個健壯的產品，一個滿意的終端客戶，一個滿意的老闆，一個對系統級ESD保護基礎有更深層次的工程師。正如他們所說，「一盎司預防勝過一磅治療」。我猜想，他的下一個設計我們的朋友會有很多的計劃在他設計的前端，避免任何第十一小時EMC敗走麥城更積極。也許他會再打電話給我們，儘管希望在設計周期中早一些。