苏州莱瑞测信息科技有限公司

用于确保信号完整性的ESD保护器件新结构

   2010-05-31 电子产品世界3000
本文导读: 随着视频图像分辨率以及色彩深度的提高,数字视频信号的速率呈现越来越高的趋势,ESD(静电放电)保护器件作为高速数字信号接口如HDMI、DVI、USB等中必不可少的模拟元器件,一种发展趋势是采用IC制造工艺做成集成在

 随着视频图像分辨率以及色彩深度的提高,数字视频信号的速率呈现越来越高的趋势,ESD(静电放电)保护器件作为高速数字信号接口如HDMI、DVI、USB等中必不可少的模拟元器件,一种发展趋势是采用IC制造工艺做成集成在单一芯片中的ESD保护器件阵列;另一种是采用分立元件制造工艺,做成分立的ESD保护器件。

  ESD保护器件的新材料以及制造工艺的发展驱动力在于,既要具备很高的抗静电放电的能力,又要具有超低的电容。

  传统ESD保护器件的局限性

  最常见的ESD保护器件可以分为三类:聚合体、变阻器/抑制器以及二极管。

  聚合体器件

  聚合体因具有低于0.05~1.0 pF数量级的电容,它在高频应用中似乎具有吸引力,但是,这种低电容特性也带来了一些副作用。

  聚合体击穿的触发电平远远高于钳位电平,典型的聚合体ESD保护器件的击穿电压高达500V,击穿之后迅速回复至高达150V的钳位电平。当电荷被释放后,聚合体才恢复高阻状态,这就需要花费很长的恢复时间。

  变阻器和抑制器

  变阻器和抑制器是非线性可变电阻器。抑制器存在的问题在于触发电压高、钳位电压高以及电阻高,典型的低电容抑制器的钳位电压范围150~500V,动态电阻在20~40Ω之间,从而导致大部分能量能够抵达受保护器件,而不是被旁路到地。此外,变阻器和抑制器存在的最大问题是每次ESD冲击之后,器件的电特性会发生变化,包括电容参数。

  二极管

  ESD保护二极管具有低的钳位电压、低电阻以及快速开启时间和更高的可靠性等特点,因此,能提供最佳的保护特性,最新的ESD保护二极管已经可以做到低于1pF的电容,因此,使之成为ESD保护的理想选择之一。许多公司提供针对ESD保护的二极管阵列。可是,片上ESD保护二极管存在的问题在于要进一步提高抗ESD冲击的能力有限,它更适合于便携式产品。

  随着数字信号速率的提高,传统的ESD保护器件均存在一定的局限性,因此,有必要研究更为有效的ESD保护器件的新结构和新材料。

  确保信号完整性对保护器件的

  3个要求

  ESD保护器件的设计和制造除了要遵循ESD保护准则之外,同等重要的就是ESD保护器件必须符合数据传输过程中确保信号完整性的要求。

 新一代ESD保护器件必须要通过下列手段确保数字信号的完整性:

  (1) 提供更大的带宽;

  (2) 减低电容;

  (3) 确保各个批次的ESD保护器件具有一致的特性。

  ESD保护器件既要对电容和带宽进行最优化,又要求对具有多条接口线的器件来说,接在各条线上的保护器件具有均匀一致的特性,为的是防止出现不一致的数据通道以及串扰。

  按照参考文献[3]给出的测量方法,利用眼图技术可以确定ESD保护器件的电容和带宽对信号完整性的影响,如图1所示。

  图中各数字的意义如下所述:

  ⑴“0”电平:对逻辑“0”的平均值的测量;

  ⑵ “1”电平:对逻辑“1”的平均值的测量;

  ⑶ 上升时间:对数据向上跳变时间的测量;

  ⑷ 下降时间:对数据向下跳变时间的测量;

  ⑸ 眼高:对垂直开口的测量,确定因噪声引起的眼的闭合程度;

  ⑹ 眼宽:对水平开口的测量,确定抖动对眼的开口的影响;

  ⑺ 确定性抖动:由其理想时间的跃迁导出,它由相对于其他跳变的反射引起;

  ⑻ 眼幅:逻辑“0”和逻辑“1”的柱状图平均值的差;

  ⑼ 比特率:比特周期的倒数。

 
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