ESD保護方案怎樣解決汽車電路中的ESD故障問題？
發布：防靜電pc板
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發布時間：2019-9-3
靜電放電（ESD）可能發生在電絕緣的物體，如一個人由于摩擦而帶電和在接觸到接地金屬物體時突然放電。靜電電位可高達30 kV，而由此產生的放電是非常短的，通常為100 ns，峰值電流可高達100 A。我們都以不同的形式經歷過ESD，當我們走路回家觸摸門把手時產生靜電，隨后被電到。這可能會瞬間疼痛，能量通過空氣切割的輕微的藍色火花用科學解釋“相當酷”。但想象一下，當您從車里出來，靠在車身上加油時發生這種情況。進入和離開您的車可能讓驅動您的導航和“求助”系統的電子設備受到電擊。雖然電擊可能不會傷害我們，即使是最輕微的脈沖也會損壞這些系統中的敏感電子，使它們變得無用，而不是“酷”。
例如，GPS或全球定位衛星子系統有助于您的車輛共享其位置，從而令某些地圖和輔助系統到達您的位置。它由一個天線驅動，通過位于可在車外看到的常見的“魚鰭”模塊內，還有一個GPS收發器電路。在一些實施中，該收發器電路位于一個TelemaTIcs Box中，它在當今汽車行業扮演著越來越重要的角色。隨著越來越多的互聯的車輛進入市場，如4G蜂窩服務、WiFi、GPS和V2X（車輛之間和車輛與基礎設施通信）等特性都將在Telematics Box內實施。
GPS收發器電路常見的器件包括一個集成電路（IC）芯片與相關的射頻(RF)前端分立元件如變壓器及表面貼裝電容器和電阻器。收發器芯片越來越強大，集成了更多的功能，并且通過減小硅工藝的幾何尺寸減小了物理尺寸。最后一點在ESD的存在等級方面是關鍵的-行業趨勢已趨向采用的工藝幾何尺寸越小，芯片組對ESD越敏感。這種更高的靈敏度會導致整體更低的系統（IC被置于其中）級ESD。
談談之前郵件中的ESD故障。最終他們換了新的GPS收發器IC用于之后的Telematics Box，不再需要通過所需的ISO 10605車載系統ESD規范的8kV等級。它們可以通過的最高水平是4kV，這需要OEM制造商的豁免和為潛在的現場失效負責。
診斷首先從檢查原理圖和PCB布局開始，如果看起來一切正常，那么就要開始下一步的實際模塊評估了。安森美半導體通常采用一種稱為傳輸線脈沖（TLP）的測試方法，重復測定上升時間、脈沖長度和ESD脈沖的總能量。TLP不是通過阻抗不匹配的ESD模擬器放電，而是在干凈的、50歐姆的環境中放電，讓我們“看到”測試器件的鉗位電壓。
在對該特殊的模塊進行TLP測試后，很明顯，新的GPS收發器的內部ESD鉗位結構具有很低的導通和鉗位電壓。由于這些器件大多采用普通齊納二極管結構，擊穿電壓7至10V，這使得很難用外部低寄生電容的ESD保護器件保護。在這電壓點導通，在這個等級的鉗位和瞬態貫穿整個脈沖，這些器件可以讓大多數的瞬態電流流入無法在更高的8kV脈沖能量生存的GPS收發器的內部ESD結構。一些集成外部ESD保護器件的新板進行了測試，沒有一個能夠超過所需的存在等級，因為它們都是高壓齊納型結構。
開始談談最新的SZESD9101P2T5G ESD保護器件，它采用安森美半導體的集成可控硅整流器（SCR）ESD鉗位結構的快速導通的ESD9000系列。不像舊的齊納二極管結構，SCR結構在相同的7V等級導通，但很快在3ns內重回到極低的2至3V鉗位電壓。這使得ESD脈沖瞬態電流被適當的分流到地面而不被耗散和隨后破壞GPS收發器IC。在一個新的模塊快速連接該器件和ESD測試開始獲得好的結果，因為SZESD9101成功保護了GPS通過所需的8kV存在等級。
有了推薦的ESD保護器件、TLP的結果以及向上層管理報告8kV通過結果，從而避免潛在的現場故障。雖然它肯定有助于行業領先的ESD保護技術，但幫助故障排除并提供深入分析以解決這個問題的是真正的ESD專知。我相信這是行業內每個人都在尋求的，以改變現狀，解決具有挑戰性的問題，最重要的是保持車輛在路上的安全。因此，早晨開始于許多電子郵件，請記住，在某處有人在他們的汽車電路中正在經歷一個嚴重的ESD故障，我們將在那里解決問題：每次一個模塊。
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