چگونه می توان توانایی محافظت از ESD از دیودهای تلویزیون در تجهیزات ارتباطی را ارزیابی کرد؟

一 ، تهدید ESD و مکانیسم محافظت از دیود تلویزیون
1. ویژگی های تهدید ESD
انرژی و شکل موج: پالس های ESD ویژگی های ولتاژ بالا (هزاران ولت) و مدت زمان کوتاه (نانو ثانیه) دارند. به عنوان مثال ، در شکل موج تخلیه تماس تعریف شده توسط استاندارد IEC 61000-4-2 ، اولین اوج نیاز جریان 15A است ، با زمان افزایش تنها 0.8ns و جریان هنوز در 30NS به 8A می رسد.
حالت خسارت: ESD می تواند باعث تجزیه پین ​​مدار یکپارچه ، ذوب لایه فلز سازی ، تجزیه لایه اکسید و غیره شود و آسیب احتمالی (مانند رانش ولتاژ آستانه) ممکن است منجر به مسائل مربوط به قابلیت اطمینان طولانی {1} شود.
2. اصل حفاظت از دیود تلویزیون
مکانیسم تجزیه بهمن: هنگامی که ولتاژ ESD از ولتاژ تجزیه (VBR) دیود TVS فراتر می رود ، این دستگاه وارد حالت خرابی بهمن می شود و ولتاژ را در محدوده ایمن قرار می دهد. به عنوان مثال ، دیود TVS SMCJ58CA Dongwo Electronics دارای ولتاژ کار 58 ولت و ولتاژ بستن تنها 93.6 ولت است.
ویژگی پاسخ سریع: زمان پاسخ دیودهای تلویزیون معمولاً در محدوده نانو ثانیه است ، که می تواند به طور موثری لبه افزایش پالس های ESD را سرکوب کند. به عنوان مثال ، دیود TVS ESD5481MUT5G از Anson MEI می تواند ولتاژ را به حدود 30 ولت در طی آزمایش ESD 8 کیلو ولت بپوشاند.
2 ، سیستم ارزیابی قابلیت محافظت از ESD TVS DIODE
1. ارزیابی پارامتر الکتریکی
Breakdown voltage (VBR): It should be higher than the maximum operating voltage of the protected circuit and lower than the withstand voltage value of the device. For example, for communication interfaces powered by 5V, TVS diodes with VBR>5 ولت باید انتخاب شود ، مانند DW05DLC Dongwo - b {3} s (vbr=6 v).
ولتاژ گیره (VC): باید پایین تر از ولتاژ تجزیه دستگاه محافظت شده باشد. به عنوان مثال ، برای پین های MCU با مقاومت ولتاژ 20 ولت ، دیودهای تلویزیون با VC<20V should be selected, such as LM1K24CA from Lei Mao (VC=35V, but it needs to be verified through actual testing).
Peak Pulse Current (IPP): Must meet the requirements of ESD testing standards. For example, IEC 61000-4-2 Level 4 testing requires TVS diodes to withstand ± 15kV contact discharge, corresponding to IPP>30A.
ترتیب استانداردها و اعتبار سنجی
آزمون IEC 61000-4-2: این استاندارد اصلی برای ارزیابی قابلیت محافظت ESD از دیودهای تلویزیون است. این آزمایش شامل تخلیه تماس (2kV/± 4kV/± 6kV/± 8kV) و تخلیه هوا (2kV/± 4kV/± 8kV/± 15kV) است ، و لازم است تأیید شود که آیا ولتاژ گیره ، جریان نشت و سایر پارامترهای TVS Diode پس از آزمون برآورده می شود.
آزمایش TLP: آزمایش پالس خط انتقال (TLP) از یک موج مربع با عرض پالس 100NS برای اندازه گیری مقادیر فعلی در ولتاژهای مختلف استفاده می کند ، که می تواند با دقت بیشتری توانایی بستن دیودهای تلویزیون را ارزیابی کند. به عنوان مثال ، از طریق آزمایش TLP ، می توان دریافت که برخی از دیودهای تلویزیون در آزمایش IEC 61000-4-2 ولتاژ بستن کمتری دارند ، اما ولتاژ بستن به طور قابل توجهی در جریان های بالا افزایش می یابد.
آزمایش مدار واقعی: دیودهای تلویزیون را در تجهیزات ارتباطی ادغام کرده و آزمایش تزریق واقعی ESD را انجام دهید تا تأثیر آنها بر عملکرد دستگاه را تأیید کند. به عنوان مثال ، در رابط USB 3.0 ، لازم است تا تأثیر دیودهای تلویزیون بر روی یکپارچگی سیگنال آزمایش شود تا اطمینان حاصل شود که میزان خطای بیت الزامات را برآورده می کند.
3. بسته بندی و ارزیابی چیدمان
اندازه بسته: بسته های کوچک (مانند SOD {2} 323 ، DFN1006) برای خطوط سیگنال با فرکانس بالا مناسب هستند و می توانند تأثیر پارامترهای انگلی را بر روی سیگنال ها کاهش دهند. به عنوان مثال ، دیود TVS ESD5481MUT5G ANSON در DFN1006 با ظرفیت اتصال تنها 0.5pf ، مناسب برای رابط USB 3.1 بسته بندی شده است.
بهینه سازی طرح: دیودهای تلویزیون باید نزدیک به منابع تداخل ESD قرار بگیرند و سیم کشی باید امپدانس کم ، کوتاه و ضخیم باشد. به عنوان مثال ، در یک رابط اترنت RJ45 ، دیود TVS باید کمتر از 3 میلی متر از کانکتور فاصله داشته باشد و خط سیگنال قبل از اتصال به تراشه PHY باید از طریق تلویزیون ها عبور کند.
3 ، انتخاب و ارزیابی دیودهای تلویزیون برای رابط های ارتباطی معمولی
1. رابط USB
تجزیه و تحلیل نیاز: رابط USB 3.1 از نرخ انتقال 10 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی می کند و نیاز به انتخاب دیودهای تلویزیون با ظرفیت پایین و سطح ESD بالا دارد. به عنوان مثال ، DIODE TVS RCLAMP0524P ANSON دارای ظرفیت اتصال تنها 0.2pf است و از آزمایش IEC 61000-4-2 سطح 4 پشتیبانی می کند.
نقاط ارزیابی: آزمایش تأثیر دیودهای تلویزیون بر روی نمودار چشم سیگنال لازم است تا از لرزش اطمینان حاصل شود<50ps and error rate<10 ^ -12.
2. رابط HDMI
تجزیه و تحلیل نیاز: رابط HDMI 2.1 از نرخ انتقال 48 گیگابیت در ثانیه پشتیبانی می کند و نیازهای بالاتری برای محافظت از ESD دارد. به عنوان مثال ، DWC0526NS DONGWO- Q TVOD DIODE دارای ظرفیت اتصال تنها 0.3pf است و از تخلیه تماس 15 کیلو ولت پشتیبانی می کند.
نقاط ارزیابی: لازم است تا تأثیر دیودهای تلویزیون بر روی سیگنال های دیفرانسیل آزمایش شود تا اطمینان حاصل شود که از دست دادن درج کمتر یا مساوی با 0.5DB@6GHZ است که از دست دادن بازده بیشتر از 15dB است.
رابط RF
تجزیه و تحلیل نیاز: RF Front - پایان ایستگاه های پایه 5G باید با فرکانس بالا - و تهدیدات ESD قدرت بالا-}. به عنوان مثال ، دیود TVS SKYWORKS 'SMS7630-079LF دارای فرکانس قطع بیشتر از 40 گیگاهرتز است و برای باند فرکانس 28 گیگاهرتز مناسب است.
نقاط ارزیابی: برای اطمینان از از دست دادن درج ، باید تأثیر دیودهای تلویزیون بر روی سیگنال های RF را آزمایش کرد<0.3dB and isolation>40db
4 ، استراتژی های بهینه سازی در تمرین مهندسی
1. معماری محافظت از چند سطح
کاربرد ترکیبی: در سناریوهایی که هر دو برق و استاتیک حساس هستند (مانند ارتباطات صنعتی) ، می توان از یک محلول ترکیبی از دیود TVS+ESD استفاده کرد. به عنوان مثال ، در رابط RS -} 485 ، جلوی- end از دیودهای قدرت بالا - استفاده می کند (مانند smbj6.5ca) برای مقابله
تطبیق پارامتر: لازم است اطمینان حاصل شود که ولتاژ بستن هر سطح از دستگاه محافظ به تدریج کاهش می یابد تا از دستگاه های بعدی در معرض ولتاژ بیش از حد جلوگیری شود.
2. طراحی حرارتی و قابلیت اطمینان
Heat dissipation treatment: High power TVS diodes need to be equipped with heat sinks to ensure that the junction temperature is controlled below 150 ℃. For example, for TVS diodes with IPP>100A ، بسته بندی و نصب سینک گرما به سال 220 نیاز است.
ارزیابی زندگی: قابلیت اطمینان دیودهای تلویزیون را در محیط های با درجه حرارت بالا و رطوبت بالا از طریق آزمایش شتاب زندگی (مانند آزمایش متوقف) ارزیابی کنید.
3 تشخیص و هشدار گسل
نظارت بر وضعیت: دیود TVS با عملکرد یکپارچه تشخیصی می تواند تعداد رویدادهای ESD را در زمان واقعی نظارت کند و داده ها را از طریق رابط I ² C گزارش کند. به عنوان مثال ، دیود هوشمند ESD NXP می تواند بیش از 1000 اثر ESD را ثبت کرده و از نگهداری پیش بینی کننده پشتیبانی کند.
طراحی اضافی: دیودهای تلویزیون دوگانه به طور موازی در رابط های بحرانی متصل می شوند تا خطر خرابی های یک نقطه را کاهش دهند.
5 ، روندهای صنعت و فن آوری های مرزی
1. حفاظت از رابط فوق العاده با سرعت بالا
ارتباط Terahertz: باند فرکانس 6G Terahertz (0.1-10thz) به زمان پاسخ دیود TVS نیاز دارد<1ps and a junction capacitance of<0.01pF. The industry is exploring ultra high speed TVS diodes based on graphene, with the goal of achieving a response time of 0.5ps.
ادغام فوتون: فناوری OptoElectronics مبتنی بر سیلیکون (SIPH) دیودهای تلویزیون را با تعدیل کننده ها و آشکارسازها ادغام می کند و به سرعت پاسخ سازگار با فرآیندهای CMOS نیاز دارد. به عنوان مثال ، ماژول نوری 100G Siph Intel از دیودهای یکپارچه تلویزیون با زمان پاسخ کمتر از 20PS استفاده می کند.
ترتیب. محافظت هوشمند و فناوری تطبیقی
محافظت از محرک AI: ویژگی های رویداد ESD را از طریق الگوریتم های یادگیری ماشین تجزیه و تحلیل کرده و به صورت پویا ولتاژ بستن دیودهای تلویزیون را تنظیم کنید. به عنوان مثال ، کنترلر هوشمند ESD TI می تواند به طور خودکار پارامترهای حفاظت را بر اساس رطوبت و دما محیطی بهینه کند.
شبکه تطبیقی ​​تطبیقی: ادغام یک شبکه تطبیق قابل تنظیم در Front RF- پایان برای بهینه سازی پویا سرعت پاسخ دیودهای تلویزیون بر اساس فرکانس عملیاتی. به عنوان مثال ، با استفاده از سوئیچ های MEMS برای دستیابی به سوئیچینگ امپدانس 50 Ω -75 Ω و کاهش تلفات بازتاب.
https://www.trsemicon.com/transistor/high {2} vooltage {3} transistor {4} mmmbta42.html