您的SEED工具箱中所有必要的部分有哪些？

小伙伴們了解了 ESD的基本概念以及系統(tǒng)高效ESD設(shè)計(SEED)的必要性（告警！您的RF設(shè)備需要系統(tǒng)級ESD保護），這次Qorvo將為您介紹SEED工具箱中所有必要的部分，Let's go！

板載ESD保護器件

作為一個總體戰(zhàn)略，您可以在PC電路板上使用許多保護元件，以保護終端產(chǎn)品免受ESD事件的影響。這些保護元件包括：

無源和有源元件，如：

串聯(lián)電阻

去耦電容

鐵氧體磁珠

抑制裝置，如電磁干擾(EMI)/ESD濾波器

瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)

TVS元件：

聚合物變阻器

陶瓷變阻器

火花隙s

硅二極管

然而，使用這些元件時應(yīng)謹記以下幾點：

電阻、電容、電感-電容(LC)濾波器和鐵氧體磁珠在系統(tǒng)中衰減間接或二級ESD應(yīng)力方面表現(xiàn)良好。一個有效的方法就是，需要將這些元件盡可能置于ESD應(yīng)力對象（模塊引腳）附近。

您可以將串聯(lián)電阻與去耦電容（電阻-電容[RC]濾波器）或電壓箝位一起使用。

電容提供去耦性。選擇的電容最好具有高額定電壓、高共振頻率、低電阻和低電感。確保在連接電容時實現(xiàn)軌跡長度的最短化。

LC濾波器可阻隔瞬變電壓和EMI。

串聯(lián)鐵氧體磁珠可衰減電源線上的EMI和ESD。

變阻器可從高待機值變?yōu)闃O低導(dǎo)電值，從而吸收ESD能量，并限制ESD誘發(fā)性電壓。它們通常具有較高的觸發(fā)電壓（幾百伏）和高達100 V的箝位電壓，同時具有非常低的電容，但能夠在長時間的ESD應(yīng)力之后顯示明顯的漏電流。

根據(jù)待保護的接口類型，硅基TVS二極管也可以具有較低的電容和比其他TVS元件更低的動態(tài)電阻值。它們具有較高的ESD吸附能力（即一旦ESD觸電被吸附，保護裝置就會非?？焖俚胤祷氐礁咦杩範顟B(tài)）。適合高速/RF應(yīng)用的TVS二極管可提供非常低的觸發(fā)電壓（低于100 V）和箝位電壓（低于20 V），同時具有出色的響應(yīng)時間。

但請注意：片外保護器件的電容將導(dǎo)致RF通道中的不匹配性。為彌補這些不匹配性，設(shè)計人員需要調(diào)整其RF和天線路徑中的匹配網(wǎng)絡(luò)。

更多關(guān)于瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)的信息

TVS二極管是實現(xiàn)ESD保護的首選元件之一。當誘發(fā)性電壓超過雪崩擊穿電壓時，它們通過分流過電流的方式運行。它們是一種箝位裝置，抑制所有高于擊穿電壓的過電壓。當不存在過電壓時，它們會自動重置至關(guān)閉狀態(tài)，但會吸收更多內(nèi)部的瞬態(tài)能量。

TVS二極管可以是單向二極管，也可以是雙向二極管。雙向二極管可使用兩個相互對立的雪崩二極管以串聯(lián)的方式表示，如下所示，并連接至相對于被保護引腳的并聯(lián)配置。這些設(shè)備均制造為單個封裝元件。

對于RF應(yīng)用中的ESD保護，必須保持盡可能小的TVS二極管電容。這可避免輸入匹配的失諧，從而使保護設(shè)備產(chǎn)生較少的諧波失真。

下圖顯示了雙向TVS二極管的電流-電壓(I-V)曲線。您可以看到，TVS相對于原點呈對稱狀，且可針對正極和負極ESD觸電進行ESD保護。

下圖比較了變阻器、聚合物和TVS二極管響應(yīng)ESD觸電的殘留電壓。大家可以看到，當今的硅基TVS二極管是針對ESD觸電最有效的方法。

板載TVS二極管位置的重要性

然而，TVS的位置具有重要影響。如果電路設(shè)計不當，則ESD保護就不會那么有效。請記住，這些一般原則：

在開發(fā)PC電路板時，請注意軌跡不要太長，因為這會產(chǎn)生不必要的電感。

記?。号cTVS設(shè)備串聯(lián)的電容會使一級ESD電流路徑斷開，而添加至一級ESD電流路徑的任何RF電感都會提高殘留路徑中的總阻抗。

如果將TVS置于合適的位置，就不需要其他ESD元件。

那么什么是合適的位置？如下圖所示，您應(yīng)該：

只使用TVS。

切勿將TVS置于電容或電感器的前面或后面。

確保沒有軌跡。應(yīng)將TVS置于RF路徑和接地之間。

接地：機械因素

為緩解ESD事件，必須對成品的每一方面進行正確的接地——PC電路板、所有IC芯片和元件、外殼、蓋子等。確保在終端產(chǎn)品接地時考慮了以下所有方面：

所有金屬件必須通過低阻抗路徑連接至系統(tǒng)接地。

浮動金屬部件都有ESD危險。

所有金屬部件都必須接地，或如果適用，更換為塑料件。

多個互聯(lián)的PC電路板設(shè)計可能會導(dǎo)致高電阻電感系統(tǒng)接地。當一級TVS和RF模塊置于不同的PC電路板上時，應(yīng)特別注意保護天線。

一級和二級ESD保護

了解一級和二級ESD保護是SEED方法的基本組成部分。通常：

一級保護是在板上進行，稱為主要箝位。

二級保護是在片上進行，稱為輔助箝位。

一級和二級ESD保護階段的協(xié)同設(shè)計是SEED方法的基本概念。下圖顯示了RF前端(RFFE)中針對ESD保護的主要和輔助箝位的高級基本視圖。

注意：一些系統(tǒng)設(shè)計需要在IC前放置一個額外的板載輔助箝位，以減少元件引腳可能存在的任何殘留ESD電荷。

我們來進一步了解一級和二級保護：

一級保護（板載）：一級保護可能包含箝位元件，如并聯(lián)電感器或TVS元件（二極管、變阻器和火花隙）。這些主要箝位可分流較大的ESD電流。主要箝位主要為與直接ESD能量入口接觸的外部連接和其他接口。此外，它們在減少IC元件引腳處出現(xiàn)的殘留ESD應(yīng)力方面發(fā)揮著重要作用。

二級保護（片上）：二級保護用于箝住設(shè)備引腳處積累的任何殘留ESD應(yīng)力。ESD瞬態(tài)的形狀在很大程度上取決于板載主要箝位特性和PC電路板設(shè)計。

一級和二級ESD保護階段的協(xié)同設(shè)計（即板載和片上保護）是SEED方法的基本概念。這兩個階段可在兩個分支的載流能力通過串聯(lián)阻抗實現(xiàn)平衡的位置提供必要的保護。

模擬和分析這兩個保護階段可幫助電路板設(shè)計人員選擇適當?shù)陌遢d保護箝位電平，以確保能夠有效地處理抵達IC的峰值殘留脈沖。利用模擬實現(xiàn)的SEED保護設(shè)計要求將國際電工委員會(IEC)應(yīng)力模型、基于SEED參數(shù)的TVS和IC接口引腳模型以及隔離阻抗電路（即PC電路板上的電路）整合在一起。我們將在第3部分詳細介紹如何模擬和分析SEED設(shè)計。

RF前端(RFFE)的保護戰(zhàn)略

不同的應(yīng)用需要不同的ESD保護。一種方法或許能夠滿足您的應(yīng)用需求，但可能不適用于其他應(yīng)用。最終，您使用的設(shè)計必須通過FCC和IEC測試，這樣您的產(chǎn)品才能獲得認證并出售。我們來看看可用于RFFE中ESD保護的幾種戰(zhàn)略。

1基本保護——并聯(lián)電感器

最基本的方法是采用一個并聯(lián)電感器。如下圖所示，電感器(L)是ESD電流脈沖的主要分流元件。該電感器的nH范圍應(yīng)比較低(<20?nH)，這樣才能構(gòu)成有效的?ESD?保護解決方案。但它會增加插入損耗，帶來一些?RF?性能挑戰(zhàn)。并聯(lián)電容通常用于實現(xiàn)?RF?匹配，而非?ESD?保護。

2單級高通濾波器

第二種方法采用單級高通濾波器(HPF)，如下圖所示。然而，這可能并不是最有效的方法。

優(yōu)點：

提供良好的全帶寬ESD覆蓋。

可合理地減少ESD脈沖幅度，同時允許蜂窩頻率范圍通過。

缺點：

會產(chǎn)生較高的殘留電壓(Vpeak>100 V)。

需要較低的電感，以確保最優(yōu)性能（這意味著實現(xiàn)RF與ESD性能權(quán)衡）。

3兩級ESD保護

第三種方法使用兩級ESD保護，如下圖所示。該方法將TVS作為一級保護，并將HPF作為二級ESD保護，以捕獲殘留應(yīng)力。

如下圖中看到的那樣：

第一級保護(TVS)箝住低于20V的電壓，從而將峰值電壓降至50V以下。

第二級保護中的HPF進一步降低殘留電壓脈沖，箝住低于10V的電壓，從而將峰值電壓降至20V以下。

ESD保護的最佳方法

最終，您是在試圖降低IC在ESD觸電中遇到的電壓；目的是在其擊中IC之前降低所有峰值電壓。我們認為理想的ESD戰(zhàn)略就是兩級方法，第一級使用TVS元件（TVS二極管），第二級使用HPF網(wǎng)絡(luò)。

優(yōu)勢：

它可以提高您的電路板級ESD保護，并為您提供通過IEC測試的最佳機會。

此外，它還可以減少ESD脈沖幅度和RF路徑上的殘留電壓。

雙向TVS二極管有助于防止正極和負極脈沖影響。

高通濾波器可箝住任何殘留電壓脈沖。

從而為元件引腳提供最佳保護。