資料介紹
ADI公司的iCoupler?產(chǎn)品提供了一種替代光耦合器的隔離
解決方案,具有出色的集成度、性能和功耗特性。一個(gè)
iCoupler隔離通道包括CMOS輸入和輸出電路與一個(gè)芯片級
變壓器(見圖1)。由于數(shù)字隔離器采用CMOS技術(shù),因此在
系統(tǒng)級ESD(靜電放電)、電涌電壓、快速瞬變或其他過壓
條件下,它們?nèi)菀资艿介V鎖或ESD的破壞。
本應(yīng)用筆記提供關(guān)于避免這些問題的指南。針對各種系統(tǒng)
級測試配置,本文舉例說明了其可能影響性能的機(jī)制。針
對每個(gè)示例,本文都給出了推薦解決方案。
器件與系統(tǒng)
簡單地說,器件是帶互連線的單一集成裝置,而系統(tǒng)則是
由多個(gè)互連器件構(gòu)建而成的非集成裝置。器件與系統(tǒng)幾乎
在所有情況下都是涇渭分明。但是,器件測試與系統(tǒng)測試
之間的區(qū)別可能并不是那么明顯。此外,器件的技術(shù)規(guī)格
可能并未直接說明它在系統(tǒng)級測試中的表現(xiàn)。ESD測試就
是一個(gè)很好的例子。
iCoupler隔離產(chǎn)品的ESD/閂鎖考慮因素
ESD、電涌、突波和快速瞬變事件是電氣應(yīng)用中的基本現(xiàn)
實(shí)。這些事件一般都含有高壓、持續(xù)時(shí)間很短的尖峰,并
且直接或間接作用于器件。其產(chǎn)生原因是器件與各種實(shí)際
現(xiàn)象的交互,如人體接觸、交流線路擾動(dòng)、雷擊或系統(tǒng)地
之間的共模電壓差等。
為了確定器件在組裝成系統(tǒng)之前以及組裝過程中被人和自
動(dòng)化組裝設(shè)備處理的魯棒性,器件級ESD測試最為有用。
然而,對于確定器件在系統(tǒng)內(nèi)遭受系統(tǒng)級ESD事件的魯棒
性,器件級ESD數(shù)據(jù)則不太有用。其原因有如下兩方面:
? 系統(tǒng)級與器件級ESD測試的目的不同。器件級測試所應(yīng)
對的情況通常是器件搬運(yùn)和組裝過程中會(huì)遇到的情況,
而系統(tǒng)級測試所應(yīng)對的情況通常是系統(tǒng)運(yùn)行中會(huì)遇到的
情況。
? 器件在系統(tǒng)級測試期間所承受的特定狀況可能與它所在
的電路板/模塊/系統(tǒng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。例如,系統(tǒng)與器件
地之間的長感性走線對器件造成的電壓瞬變,實(shí)際上比
它對系統(tǒng)在測試點(diǎn)造成的電壓瞬變可能更為嚴(yán)重
CMOS器件中的閂鎖
寄生PNP和NPN晶體管是CMOS工藝的固有現(xiàn)象,這些晶
體管會(huì)配置為硅控整流器(SCR)。當(dāng)此寄生SCR被觸發(fā)時(shí),
就會(huì)發(fā)生閂鎖。該現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致VDD與地之間出現(xiàn)低電阻路
徑,從而吸取大電流通過器件。這種過大的電流為電氣過
應(yīng)力(EOS)造成破壞提供了可能性。
閂鎖可能引起不同程度的破壞,從器件完全損毀到參數(shù)性
能下降等。更為有害的是潛在故障,可能影響日后的系統(tǒng)
運(yùn)行?!?a href='http://ttokpm.com/analog/' target='_blank' class='arckwlink_none'>模擬對話》雜志刊載了一篇關(guān)于閂鎖一般問題的
優(yōu)秀論文,參見Analog Dialogue 35-05 (2001)“打贏對抗CMOS
開關(guān)閂鎖的戰(zhàn)爭”。雖然該文主要討論的是CMOS開關(guān)的問
題,但它也普遍適用于所有CMOS器件,包括數(shù)字隔離器
產(chǎn)品。
強(qiáng)烈建議所有應(yīng)用都應(yīng)使用陶瓷旁路電容,以使VDD與地
之間的電源噪聲最小。選擇0.01 μF至0.1 μF范圍的電容值,
并盡量靠近器件放置。即使有充分的旁路,一些應(yīng)用可能
仍然會(huì)發(fā)生閂鎖問題。將一個(gè)200 Ω電阻與VDD串聯(lián)也會(huì)有所
幫助。在5 V應(yīng)用中,它可以將電源電流限制在25 mA,低于
閂鎖觸發(fā)電流。不過,根據(jù)所吸取電源電流的不同,此串
聯(lián)電阻可能會(huì)將器件引腳的電源電壓降至不可接受的水
平。當(dāng)以高數(shù)據(jù)速率工作而需要高電源電流時(shí),極有可能
出現(xiàn)這一問題。
導(dǎo)致閂鎖的機(jī)制通常是過壓狀況超出器件的絕對最大額定
值(對大多數(shù)產(chǎn)品而言是大于7.0 V或小于–0.5 V)。一旦將器
件集成到系統(tǒng)中,過壓來源往往不是很清楚。但只要了解
其機(jī)制,一般還是能找到解決之道。
IEC 61000-4-2 ESD測試
IEC 61000-4-2 ESD測試的框圖如圖3所示。本測試是在系統(tǒng)
機(jī)殼上的多個(gè)點(diǎn)施加ESD接觸或空氣放電,因此會(huì)有多種
機(jī)制可能引起閂鎖問題,包括通過地線之一注入電流以及
系統(tǒng)機(jī)殼或印刷線路板走線中的ESD電流發(fā)生感性耦合
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