小伙伴們了解了 ESD的基本概念以及系統(tǒng)高效ESD設(shè)計(jì)(SEED)的必要性（告警！您的RF設(shè)備需要系統(tǒng)級(jí)ESD保護(hù)），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(hù)器件

作為一個(gè)總體戰(zhàn)略，您可以在PC電路板上使用許多保護(hù)元件，以保護(hù)終端產(chǎn)品免受ESD事件的影響。這些保護(hù)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(shí)應(yīng)謹(jǐn)記以下幾點(diǎn)：

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(jí)ESD應(yīng)力方面表現(xiàn)良好。一個(gè)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(shí)實(shí)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(jī)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(dá)100 V的箝位電壓，同時(shí)具有非常低的電容，但能夠在長時(shí)間的ESD應(yīng)力之后顯示明顯的漏電流。

根據(jù)待保護(hù)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(dòng)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(hù)裝置就會(huì)非?？焖俚胤祷氐礁咦杩?fàn)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(shí)具有出色的響應(yīng)時(shí)間。

但請注意：片外保護(hù)器件的電容將導(dǎo)致RF通道中的不匹配性。為彌補(bǔ)這些不匹配性，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)ESD保護(hù)的首選元件之一。當(dāng)誘發(fā)性電壓超過雪崩擊穿電壓時(shí)，它們通過分流過電流的方式運(yùn)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(dāng)不存在過電壓時(shí)，它們會(huì)自動(dòng)重置至關(guān)閉狀態(tài)，但會(huì)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(gè)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(hù)引腳的并聯(lián)配置。這些設(shè)備均制造為單個(gè)封裝元件。

對于RF應(yīng)用中的ESD保護(hù)，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(hù)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(diǎn)呈對稱狀，且可針對正極和負(fù)極ESD觸電進(jìn)行ESD保護(hù)。

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(dāng)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(jì)不當(dāng)，則ESD保護(hù)就不會(huì)那么有效。請記住，這些一般原則：

在開發(fā)PC電路板時(shí)，請注意軌跡不要太長，因?yàn)檫@會(huì)產(chǎn)生不必要的電感。

記?。号cTVS設(shè)備串聯(lián)的電容會(huì)使一級(jí)ESD電流路徑斷開，而添加至一級(jí)ESD電流路徑的任何RF電感都會(huì)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(jī)械因素

為緩解ESD事件，必須對成品的每一方面進(jìn)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(shí)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(dòng)金屬部件都有ESD危險(xiǎn)。

所有金屬部件都必須接地，或如果適用，更換為塑料件。

多個(gè)互聯(lián)的PC電路板設(shè)計(jì)可能會(huì)導(dǎo)致高電阻電感系統(tǒng)接地。當(dāng)一級(jí)TVS和RF模塊置于不同的PC電路板上時(shí)，應(yīng)特別注意保護(hù)天線。

一級(jí)和二級(jí)ESD保護(hù)

了解一級(jí)和二級(jí)ESD保護(hù)是SEED方法的基本組成部分。通常：

一級(jí)保護(hù)是在板上進(jìn)行，稱為主要箝位。

二級(jí)保護(hù)是在片上進(jìn)行，稱為輔助箝位。

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

注意：一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要在IC前放置一個(gè)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(jìn)一步了解一級(jí)和二級(jí)保護(hù)：

一級(jí)保護(hù)（板載）：一級(jí)保護(hù)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(jí)保護(hù)（片上）：二級(jí)保護(hù)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(jì)。

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

模擬和分析這兩個(gè)保護(hù)階段可幫助電路板設(shè)計(jì)人員選擇適當(dāng)?shù)陌遢d保護(hù)箝位電平，以確保能夠有效地處理抵達(dá)IC的峰值殘留脈沖。利用模擬實(shí)現(xiàn)的SEED保護(hù)設(shè)計(jì)要求將國際電工委員會(huì)(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(xì)介紹如何模擬和分析SEED設(shè)計(jì)。

RF前端(RFFE)的保護(hù)戰(zhàn)略

不同的應(yīng)用需要不同的ESD保護(hù)。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(jì)必須通過FCC和IEC測試，這樣您的產(chǎn)品才能獲得認(rèn)證并出售。我們來看看可用于RFFE中ESD保護(hù)的幾種戰(zhàn)略。

1基本保護(hù)——并聯(lián)電感器

最基本的方法是采用一個(gè)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(hù)解決方案。但它會(huì)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(shí)現(xiàn)?RF?匹配，而非?ESD?保護(hù)。

2單級(jí)高通濾波器

第二種方法采用單級(jí)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(diǎn)：

提供良好的全帶寬ESD覆蓋。

可合理地減少ESD脈沖幅度，同時(shí)允許蜂窩頻率范圍通過。

缺點(diǎn)：

會(huì)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(shí)現(xiàn)RF與ESD性能權(quán)衡）。

3兩級(jí)ESD保護(hù)

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

如下圖中看到的那樣：

第一級(jí)保護(hù)(TVS)箝住低于20V的電壓，從而將峰值電壓降至50V以下。

第二級(jí)保護(hù)中的HPF進(jìn)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(hù)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(rèn)為理想的ESD戰(zhàn)略就是兩級(jí)方法，第一級(jí)使用TVS元件（TVS二極管），第二級(jí)使用HPF網(wǎng)絡(luò)。

優(yōu)勢：

它可以提高您的電路板級(jí)ESD保護(hù)，并為您提供通過IEC測試的最佳機(jī)會(huì)。

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(fù)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(hù)。