mos管esd保護電路,ESD保護電路設(shè)計-KIA MOS管

ESD保護器件工作原理

靜電保護器件（ESD） 是由一個或多個 TVS 晶粒采用不同的電路拓撲制成具有特定功能的多路或單路 ESD 保護器件。ESD反向并聯(lián)于電路中，當電路正常工作時，ESD處于截止狀態(tài)（高阻態(tài)），不影響電路正常工作。

當電路出現(xiàn)異常過電壓并達到 ESD 的擊穿電壓時，ESD迅速由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，泄放由異常過電壓導致的瞬時過電流到地，同時把異常過電壓鉗制在一個安全水平之內(nèi)，從而保護后級電路免遭異常過電壓的損壞。

CMOS I/O上的內(nèi)部ESD保護

內(nèi)置保護在CMOS I/O引腳上非常常見，這些引腳可能是器件的一部分(從簡單的負載開關(guān)到中等復雜性的微控制器，再到高復雜性的FPGA)。它們通常為每個 I/O 引腳兩個。一個連接在引腳和GND之間，一個連接在引腳和VCC之間。兩者在正常工作條件下均為反向偏置(GND<=VI/O<=VCC)。

CMOS數(shù)字I/O引腳示意圖，突出顯示了許多設(shè)計中普遍存在的內(nèi)部保護二極管(即使IC數(shù)據(jù)手冊中沒有提到它們)。

它們用于在引腳發(fā)生故障時保護敏感的CMOS邏輯。如果VI/O 上的電壓高于 VCC(例如，正 ESD 電壓尖峰)，則頂部二極管導通，將引腳上的電壓箝位至不超過VCC+Vf。同樣，如果VI/O上的電壓降至VGND以下(例如，負ESD電壓尖峰)，則底部二極管導通，將引腳上的電壓箝位至不超過?Vf。

要小心，因為這些二極管通常具有相當?shù)偷淖畲箅娏鳌３^此最大電流將吹動ESD二極管，通常導致其開路，從而消除了敏感CMOS電路的保護，然后幾乎瞬間被油炸。然后，您的 I/O 引腳將停止工作。如果幸運的話，它只會是一個受影響的引腳。如果沒有，整個端口(如果適用)，甚至整個設(shè)備都會被失效。

無論它們多么有用，它們也會在特定情況下產(chǎn)生設(shè)計挑戰(zhàn)，因此在進行任何涉及CMOS I/O且存在ESD保護二極管的原理圖設(shè)計時，都需要仔細考慮。導致問題的兩種情況是：為具有多個電壓軌的電路上電時。當VI/O上的電壓在某些點上可能高于VCC時，由于輸入信號的性質(zhì)。在低功耗設(shè)計中，當您有選擇地關(guān)斷為這些IC供電的電壓軌時。

ESD保護電路設(shè)計

串聯(lián)ESD保護電路：這里的ESD保護電路簡單地使用一個串聯(lián)電阻。對于這個模擬，使用 220R， 串聯(lián)電阻用于減緩信號的上升時間，并且可以大大改善電路的EMC和SI。

TVS二極管：是ESD保護電路最常用的方法之一，作用與齊納二極管基本相同，傳導速度更快，浪涌額定值更高（有時候也沒有指定的連續(xù)電路/額定功率）。

有一些重要的定義/規(guī)范：

反向工作最大電壓 (VRWM)：正常工作條件下應施加的最大反向電壓。

擊穿電壓 (VBR)：二極管剛開始導通時的電壓。

鉗位電壓 (VCLAMP)：系統(tǒng)在浪涌期間將經(jīng)歷的最大電壓。

動態(tài)電阻 (RDYN)：二極管完全導通時的估計電阻。

這里要注意單向二極管和雙向二極管是不一樣的。 在GPIO上使用 8.2V 齊納 (TVS) 二極管接地。

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