ESD/EOS防護(hù)怎么做效果最好？為什么加了TVS的芯片IO口還是被浪涌燒了？

前面講解過如何防止熱插拔燒壞單片機(jī) 和芯片燒壞時(shí)發(fā)生了什么？為什么總是VDD短路？甚至封裝開裂冒煙？ 很多網(wǎng)友熱烈討論，其中大家最常用和慣性的經(jīng)驗(yàn)就是GPIO防護(hù)使用TVS。

那么也看到有評(píng)論說用了TVS后IO口還是燒壞了，那么今天我們聊聊對(duì)于ESD/EOS怎么防護(hù)效果最好？TVS如何使用效果最佳呢？

前面視頻講過物理損壞最終一般是熱應(yīng)力損壞，而損壞原因無非是兩個(gè)：能量過大和介質(zhì)太薄弱。

1、首先對(duì)于能量過大，我們最簡(jiǎn)單的做法是消耗這個(gè)能量，那么最低成本就是電阻，使用電阻限制住能量在通道上的傳輸，限制最終進(jìn)入IC內(nèi)部的能量。

2、對(duì)于介質(zhì)太薄弱，我們可以理解一般CPU、MCU、存儲(chǔ)器、邏輯器件這類芯片都是數(shù)字芯片，一般采用比較先進(jìn)的制程工藝，芯片內(nèi)部的管子尺寸、線寬和厚度都是非常小的，所以這類芯片相對(duì)電源、功率器件都是較為薄弱的介質(zhì)。所以我們需要對(duì)干擾和能量在進(jìn)入芯片前進(jìn)行泄放。

所以防護(hù)手段簡(jiǎn)單來說兩個(gè)：堵和疏。那電阻的作用就是堵，TVS的作用就是疏。

那為什么會(huì)有加了TVS還是疏不通芯片被燒的情況呢？

其實(shí)不是疏不通，而是疏得不夠快，疏得不夠快的原因可能是TVS放置位置不佳，同時(shí)還有一個(gè)很多人會(huì)忽略的點(diǎn)，就是芯片IO內(nèi)部一般也有疏通路徑（鉗位二極管）。

IO口結(jié)構(gòu)上一般都有鉗位二極管，通過MOS的寄生二極管實(shí)現(xiàn)的，其主要用途是ESD保護(hù)用，不過這個(gè)ESD主要指HBM等人體放電、空氣放電ESD類型，這種ESD特點(diǎn)是電壓高但時(shí)間快，所以能量是有限的，芯片內(nèi)部二極管快速動(dòng)作就可以把能量從VDD、VSS泄放掉。

所以這個(gè)圖的瞬間過壓產(chǎn)生時(shí)電流路徑，這個(gè)內(nèi)部鉗位二極管會(huì)和外部TVS分?jǐn)偸柰窂?，讓大部分能量還是進(jìn)入了芯片內(nèi)部，如果是浪涌能量則內(nèi)部的ESD電路是無法承受，芯片就容易在有TVS的情況下還是被燒壞。

所以我們可以在TVS路徑后添加一個(gè)電阻，這樣過壓產(chǎn)生時(shí)，電阻限制了從這個(gè)路徑上到芯片內(nèi)部的電流，同時(shí)讓IO口測(cè)的電壓在電流經(jīng)過時(shí)低于外部TVS處，TVS也能先于內(nèi)部開啟，發(fā)揮出TVS的最大作用。

改善后的外部電路如下，來自紅楓派開發(fā)板原理圖的復(fù)位電路接口設(shè)計(jì)，一定要注意的是路徑先經(jīng)過TVS再經(jīng)過電阻后連接到GPIO口，歡迎大家購(gòu)買紅楓派開發(fā)板一起交流學(xué)習(xí)。