集成電路電磁兼容性及應(yīng)對措施相關(guān)分析(一) 電子系統(tǒng)性能要求與ESD問題

此專題將從三個方面來分享：

一、電子系統(tǒng)性能要求與ESD問題

二、集成電路ESD問題應(yīng)對措施

三、集成電路ESD測試與分析

工業(yè)、消費及汽車電子模塊開發(fā)的 EMC 問題會導(dǎo)致極高的開發(fā)成本和時間浪費。在開發(fā)過程中，為了解決 EMC 問題，需要投入大量的人力、物力和時間進(jìn)行測試、改進(jìn)和優(yōu)化，這增加了開發(fā)的復(fù)雜性和成本，同時也可能導(dǎo)致項目延期。

電子系統(tǒng)性能要求與ESD問題

電子模塊開發(fā)中的EMC問題：工業(yè)、消費及汽車電子系統(tǒng)必須滿足不斷提高的性能要求。隨著智能化、電動化的發(fā)展，這些電子系統(tǒng)需要處理更多的數(shù)據(jù)、實現(xiàn)更復(fù)雜的功能。這就要求電子模塊具有更高的集成度、更快的處理速度和更低的功耗，從而增加了EMC問題的復(fù)雜性。

高性能需求下的IC應(yīng)用：由于電子系統(tǒng)對性能的要求不斷提高，越來越多的高度集成、ESD 敏感的集成電路(IC)被應(yīng)用于該領(lǐng)域。這些 IC 能夠提供更高的性能和更多的功能，但同時也更容易受到靜電放電(ESD)的影響。當(dāng) ESD發(fā)生時，可能會在IC內(nèi)部產(chǎn)生瞬間的高電壓和大電流，從而損壞 IC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其功能失效或出現(xiàn)異常。這些故障不僅會影響汽車電子系統(tǒng)的正常運行，還可能會導(dǎo)致安全隱患。

ESD 對高度集成微控制器的影響：主要影響高度集成的微控制器敏感區(qū)域，其中振蕩器單元和鎖相環(huán)(PLL)單元對ESD過程非常敏感。振蕩器單元是微控制器的時鐘源，負(fù)責(zé)產(chǎn)生穩(wěn)定的時鐘信號，而 PLL 單元則用于對時鐘信號進(jìn)行倍頻、分頻和相位調(diào)整等操作。如果這些單元受到 ESD 的影響，可能會導(dǎo)致時鐘信號的不穩(wěn)定或錯誤，從而影響整個微控制器的正常運行。目前的電子應(yīng)用在最壞情況下甚至無法達(dá)到 2kV 的ESD 抗擾度。這意味著在實際應(yīng)用中，即使是相對較小的 ESD 事件也可能會導(dǎo)致電子設(shè)備出現(xiàn)故障。特別是對于那些帶有散熱器的微控制器應(yīng)用，經(jīng)驗表明它們特別敏感，因為散熱器可能會增加 ESD 的耦合路徑，從而使 ESD 更容易影響到微控制器內(nèi)部的電路。

散熱片對 ESD 敏感性的影響：經(jīng)驗表明，帶有散熱片的微控制器應(yīng)用對 ESD 特別敏感(圖1)。圖 1顯示了 ESD 干擾的工作原理。這是因為 ESD 發(fā)生器會將干擾脈沖耦合到散熱片中，從而在散熱片和電子模塊之間產(chǎn)生電壓差，進(jìn)而在兩者之間產(chǎn)生電場干擾。由于散熱片與 IC 距離較近，在 0.2 至 1 毫米的范圍內(nèi)，這種高電場強(qiáng)度可能會導(dǎo)致 IC 失效。

（圖1） ESD 干擾的工作原理

（圖2）用場源檢測到的微控制器敏感區(qū)域

手動對電場源集成電路(IC)進(jìn)行檢測將會發(fā)現(xiàn)，鎖相環(huán)(PLL)和振蕩器區(qū)域特別敏感。對IC故障進(jìn)行的相應(yīng)分析證實了鎖相環(huán)和振蕩器存在故障。

根據(jù)圖 1 中的示例，以將靜電放電(ESD)抗擾度定位到相應(yīng)的故障部分：

振蕩器單元在2KV ESD

PLL 電池單元的 3 KV ESD

下一篇將接著分享《ESD問題應(yīng)對措施》

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