不管最终产品是什么样,某种形式的保护性外壳将成为设备的一部分。隔离外壳内的电路是需要仔细考虑的第一道防线。在理想情况下,连接电路板地的金属外壳通常能起使用,但现代产品经常采用非导电性的塑料或其它现代材料。
电路设计人员通常没法控制建造城墙的材料,但对保护堡垒负有不可推卸的责任。在设计外壳时需要注意,到达机箱外部任何部分的ESD都会有无数路径进入内部电路。
建立一个PCB能够自我防止ESD冲击的堡垒可以从低阻抗的接地方法开始。建立一个地基和正常的电源完整性可以让印刷电路板(PCB)保持整个板上的信号完整性,即使是受到巨大的地浪涌电流冲击的时候。
作为一个设计工程师,你会要求每个人系好他们的安全带,这样可以对付少量的气流。飞机可能快速地上下摆动,但如果每个人都系好了安全带,那么所有人都会固定在原位,飞机也会继续飞行。在这之后,你需要保护外部连接,并限制ESD事件效应。
保护电路应该位于电路板入口位置,而不是入口点的下游。需要处理的可能是电弧问题引起的数千伏电位,或者最好在电路板边缘位置处理的数安培的浪涌电流。
TVS限压器
瞬态电压抑制(TVS)限制二极管可以用作限压器。它们分为普通电压、逻辑电平和电源电压。常见的电压种类有:12V、5V、3.3V、2.5V、1.8V和1.2V。
这个数字应该看起来比较熟悉,因为这些器件是专门针对与许多CMOS器件有关的需求设计的。一种规格不可能满足所有需求,它们应该是适合要保护器件的正确电压。
现代CMOS工艺显著降低了电源电压,以保护没有很多设计余量且电压范围有限的晶体管,这点值得我们尊敬。这些器件一般使用代工工艺制造,这种代工工艺可以用小型封装提供具有低阻抗特性的大电流器件。
在输入线上放置TVS限压器可以保护输入端免遭ESD的破坏性损害(图4)。但这种限压器无法处理在主机处理时发生的信号混乱现象,也无法处理由于巨大的地电流浪涌而发生的逆转效应。
图4:简单的限压电压可以提供过压保护,但可能导致浪涌电流问题。浪涌电流应该被限制,而信号应该保持相对局部地的稳定性
如前所述,HBM和MM之间的性能区别是非常大的。在许多情况下,在TVS器件之前增加一些串联电阻有助于限制电流浪涌,并减少地线反弹。与HBM一样,最终结果是减少系统应力。