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

聚沃科技 ? 2024-02-27 09:26 ? 次閱讀

前面講解過如何防止熱插拔燒壞單片機芯片燒壞時發生了什么?為什么總是VDD短路?甚至封裝開裂冒煙? 很多網友熱烈討論,其中大家最常用和慣性的經驗就是GPIO防護使用TVS

那么也看到有評論說用了TVS后IO口還是燒壞了,那么今天我們聊聊對于ESD/EOS怎么防護效果最好?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力損壞,而損壞原因無非是兩個:能量過大和介質太薄弱。

1、首先對于能量過大,我們最簡單的做法是消耗這個能量,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,限制最終進入IC內部的能量。

2、對于介質太薄弱,我們可以理解一般CPUMCU、存儲器、邏輯器件這類芯片都是數字芯片,一般采用比較先進的制程工藝,芯片內部的管子尺寸、線寬和厚度都是非常小的,所以這類芯片相對電源、功率器件都是較為薄弱的介質。所以我們需要對干擾和能量在進入芯片前進行泄放。

所以防護手段簡單來說兩個:堵和疏。那電阻的作用就是堵,TVS的作用就是疏。

那為什么會有加了TVS還是疏不通芯片被燒的情況呢?

其實不是疏不通,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,同時還有一個很多人會忽略的點,就是芯片IO內部一般也有疏通路徑(鉗位二極管)。

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IO口結構上一般都有鉗位二極管,通過MOS的寄生二極管實現的,其主要用途是ESD保護用,不過這個ESD主要指HBM等人體放電、空氣放電ESD類型,這種ESD特點是電壓高但時間快,所以能量是有限的,芯片內部二極管快速動作就可以把能量從VDD、VSS泄放掉。

所以這個圖的瞬間過壓產生時電流路徑,這個內部鉗位二極管會和外部TVS分攤疏通路徑,讓大部分能量還是進入了芯片內部,如果是浪涌能量則內部的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。

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所以我們可以在TVS路徑后添加一個電阻,這樣過壓產生時,電阻限制了從這個路徑上到芯片內部的電流,同時讓IO口測的電壓在電流經過時低于外部TVS處,TVS也能先于內部開啟,發揮出TVS的最大作用。

改善后的外部電路如下,來自紅楓派開發板原理圖的復位電路接口設計,一定要注意的是路徑先經過TVS再經過電阻后連接到GPIO口,歡迎大家購買紅楓派開發板一起交流學習。

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