EOS的含義與模型介紹

★ EOS -1---EOS的含義與來源 ★★★

€1.什么是EOS

EOS即Electrical Over Stress，指的是過度電性應力，當外界電流或電壓超過器件的最大承受能力時，器件性能會衰退或者直接損壞。這種衰退和損壞的本質是瞬間電流電壓的積聚，導致熱量的爆發(fā)，損壞器件的PN結或溝道，即熱損傷，這種損傷一旦形成，不可恢復，只能更換器件。EOS的產生通常來源于一下途徑：

1.電源AC/DC干擾，電源雜訊和過壓

2.測試程式的切換（熱切換）導致的瞬變電流/峰值/低頻干擾，其過程持續(xù)時間可能是幾微秒到幾秒

3.雷擊閃電等外部環(huán)境因素

4.測試程式開關引起的瞬態(tài)毛刺短時脈沖波形干擾

5.測試用例存在缺陷，比如在器件尚未上電或已超過其操作上限的情況下給器件發(fā)送測試信號

6.來自其他設備的脈沖信號干擾，即從其他裝置發(fā)送的脈沖

7.接地點反跳，即由于接地點不夠導致電流快速轉換引起高電壓

從上述EOS的來源和屬性可知，EOS有兩種情況，超高電壓瞬時沖擊和高電壓長時沖擊。我們歸類為靜電（ESD：Electro-Static discharge）和浪涌（Surge）。

€2.ESD和Surge

1.ESD

靜電產生在兩個不同的帶電體之間，當它們接觸或者離開時發(fā)生的電離（大量電荷轉移）現(xiàn)象就是靜電放電，產生極快的瞬態(tài)脈沖電流。其特點是：持續(xù)時間短（高頻，約1GHZ）、大電壓（高電壓至30KV）、短時間（ns級別）內能量大。我們極為熟悉的是冬天離開座椅的時候經常被電擊，秋天晚上摩擦衣服可以看到電火花。靜電會損害電子元器件，使系統(tǒng)失效，天線靈敏度變差或失靈，WiFi接收不到信號等等。

2.Surge

檢測來自故障機的保護器件和方案設計，我們經常會發(fā)現(xiàn)：并接在入口端的Zener，ESD管，出現(xiàn)不同程度的損傷，或短路或漏電流變大。其浪涌產生的原因主要來自系統(tǒng)的上電和斷電過程，大的程序運作過程中突然中斷，和其他電力設備進行充電的過程中電力系統(tǒng)切斷或拋負載等。對敏感電子元器件來說，浪涌電壓擊穿半導體器件，破壞元器件金屬化表層，破壞PCB線路或接觸點。破壞三端雙可控硅元件/晶閘，鎖死晶閘管或三端雙向可控硅元件失控。對數(shù)據文件部分造成破壞，數(shù)據處理程序出錯，接收、傳輸數(shù)據錯誤和失敗。系統(tǒng)原因不明的故障，電子元器件提前老化，壽命縮短，設備可靠性降低。Surge的特點是瞬時脈沖電壓大，瞬時脈沖電流大，持續(xù)時間較長，但傳輸頻率低。

3.EFT（脈沖群）

脈沖群可以理解為連續(xù)的脈沖沖擊，可以自定義脈沖高度和寬度以及頻率。脈沖群多數(shù)產生在電網中，在實際電網中，電感負載斷開、繼電器觸點切換以及電機操作時在電路上產生瞬態(tài)脈沖群（EFT）干擾，它可以使受試設備的數(shù)字系統(tǒng)尤其是CPU系統(tǒng)完全陷入混亂，程序

跑飛，系統(tǒng)不斷復位，數(shù)據出現(xiàn)混亂。表1-1對比了三種類型的差異：

表1-1：三種類型的對比表

€3.EOS的兩種模型

1.ESD的模型

ESD的模型我們選取IEC 61000-4-2測試標準（關于ESD的測試標準和用例后面會專門章節(jié)補充）：

圖1-1：ESD的測試模型

圖1-1是ESD的電氣模型圖，從圖可知靜電釋放的最尖峰脈沖持續(xù)時間非常短，但峰值電流Ipp很高，達到A級別。從圖可知在峰值脈沖過后還有若干較為弱一些的脈沖產生，那么在ESD的防護中，我們主要瞄準最尖峰的脈沖，最尖峰的脈沖若可以被吸收或泄放，那么后續(xù)的弱脈沖也可以被處理掉。

2.Surge的模型

圖1-2：浪涌的測試模型

波前時間：T3=1.25×T1，半峰值時間：T2=20us±20%

圖1-2是Surge的電氣模型圖，從圖中可知浪涌的正向和反向波形都比較平緩，峰值電流為mA級別，但是持續(xù)時間非常長，并且和ESD相比還具有反向浪涌，所以應對Surge都是以雙向來作為基本防護策略。

小結1.0：回歸到防護本質，防護本質是吸收和泄放，吸收就是將ESD和Surge能量轉化為熱量在脈沖進入IC器件之前。熱量的計算，對ESD和Surge的功率P和持續(xù)時間進行積分，每一個時刻的功率P=I×V，其中V一般是恒定的，所以獲取電流I的波形模擬函數(shù)就可以計算出ESD和Surge期間產生的熱量，此熱量一定要小于防護器件的耐受值，這樣對器件才不會產生熱損傷。

小結2.0：以上三種或自然發(fā)生或人為模擬測試，實質也是一種對硬件系統(tǒng)的干擾，在業(yè)內，抑制干擾的方式，就是在電路中進行濾波處理，濾波處理中，特別是針對大能量的釋放，最好的抑制器件就是TVS管和ESD管。