設(shè)計用于在非標(biāo)準(zhǔn)工作期間保護MAX2140的內(nèi)部ESD二極管

MAX2140 SDARS接收器在熱插拔工作期間（接通或斷電）時可能會遇到內(nèi)部ESD二極管故障，這不是本器件的標(biāo)準(zhǔn)操作。雖然這在許多應(yīng)用中都可能發(fā)生，但在汽車行業(yè)中，熱插拔的可能性很高。本文回顧了熱插拔期間ESD二極管問題的原因，并幫助計算和正確設(shè)計電路以防止故障。

介紹

在組裝、測試和故障排除過程中，有些情況要求MAX2140 SDARS接收器具有非標(biāo)準(zhǔn)性能。其中一個例子是“熱插拔”，即在通電時連接或斷開包含設(shè)備的電路。熱插拔在汽車行業(yè)尤其常見，其中組件的模塊化設(shè)計、模塊之間的距離以及同時工作的眾多系統(tǒng)需要重新連接模塊。

熱插拔操作如何導(dǎo)致二極管故障

熱插拔會導(dǎo)致瞬變，其特征是顯著的電壓、電流浪涌、振鈴和極換。瞬態(tài)過程背后的物理原理包括能量交換、有限的充電/放電時間和自共振。

圖1給出了MAX2140的常見熱插拔工作原理。

圖1.MAX2140在汽車工業(yè)中的常見用途圖示。

在熱插拔事件期間，接口電纜上將累積電壓降（在圖紙上顯示為紅色箭頭）。同時，天線模塊內(nèi)的旁路電容器充當(dāng)電氣短路。因此，MAX2140的電氣接地高于天線模塊的電氣接地。這種差值會在短時間內(nèi)在MAX2140的內(nèi)部ESD二極管上產(chǎn)生正向電壓，該二極管從IC的地連接到引腳16。該正向電壓尖峰可能超過器件的絕對最大額定值，稱為電氣過應(yīng)力（EOS）。二極管的正向電壓額定為-0.3V至+4.3V （V抄送_xx到GND;VINANT to GND;AGCPWM到GND;VOUTANT to GND）。設(shè)計仿真表明，-1.3V/72mA是短期工作的可能。

防止ESD二極管故障的設(shè)計

預(yù)防EOS的最佳方法因您的應(yīng)用而異。以下是一些常見的建議設(shè)計修改：

避免使用過大的電抗：存儲、旁路電容器;射頻噪聲扼流電感器;長接口。

重新路由浪涌電流：為每個模塊提供短而牢固的接地;添加外部二極管與內(nèi)部二極管并聯(lián);將二極管放在大線圈上。

順序電源（如果可能）：按順序打開電源;向內(nèi)部用戶引入可編程延遲。（Maxim擁有廣泛的電源排序產(chǎn)品線。

下面的設(shè)計示例（圖2）顯示了MAX2140的本地接地和肖特基二極管，為電流浪涌提供足夠的旁路。

圖2.MAX2140接收器和天線模塊之間的設(shè)計修改示意圖。修改將阻止EOS。

具體的設(shè)計修改是：

MAX2140接收器和天線模塊之間的電纜具有0.5Ω電阻，無電感。

天線模塊具有一個 100μF 旁路電容器。

MAX2140接收器為天線模塊提供5V電壓。

現(xiàn)在可以合理地問，在前40μs瞬變期間，通過電容器的最大電流和電纜上的壓降是多少？這些值可以通過以下公式確定：

該公式計算通過電容器的瞬時電流，其中du和dt可以相應(yīng)地替換為增量值。這里C是電容器的值。

電容器將從0V充電至5V。

這表示0到40μs之間的時間間隔。

通過旁路電容器的電流可以用下式表示：

40μs瞬態(tài)期間電纜上的壓降為：

例如，電壓可能為6.25V/12.5A，大大超過了內(nèi)部ESD二極管的短期要求。增加一個肖特基二極管將繞過瞬態(tài)期間的大部分電流浪涌。用于脈沖應(yīng)用的通用肖特基二極管是這項任務(wù)的良好候選者。根據(jù)上圖2中的設(shè)計，短電纜將顯著降低電阻和壓降，而使用合理的電容器值會將最大電流浪涌降低到可接受的水平。

結(jié)論

有一些方法可以適應(yīng)器件的非標(biāo)準(zhǔn)使用，例如MAX2140接收器的熱插拔操作。為了取得成功，該過程需要對產(chǎn)品進行仔細(xì)設(shè)計和適當(dāng)?shù)臏y試，以及Maxim的支持和批準(zhǔn)。

* 超出“絕對最大額定值”的應(yīng)力可能會對設(shè)備造成永久性損壞。這些絕對最大額定值僅為壓力額定值。不暗示設(shè)備在此條件下或操作規(guī)范中指示的任何其他條件下的功能操作。長時間暴露在絕對最大額定值條件下會影響器件的可靠性。

審核編輯：郭婷