RF电路ESD防护设计ppt课件VIP

.,1,RF电路ESD防护设计,.,2,目录,ESD概述ESD防护设计方法过压防护原理和防护器件介绍RF电路ESD防护设计技术ESD防护实验案例分析,.,3,ESD概述,基本概念半导体器件静电敏感特性ESD危害及损坏机理ESD防护控制手段,.,4,基本概念,ElectrostaticElectrostaticDischarge（ESD）接触放电，击穿介质放电ESSD（ElectrostaticSensitiveDevices）ESDS（ElectrostaticDischargeSensitivity）,.,5,ESD模型,人体模型HBM人体金属模型HBMM机器模型MM充电器件模型CDM场感应模型FIM（FICDM）电缆放电事件CDE,.,6,半导体器件静电敏感性,尺寸（更加细小精密）集成度（更加复杂）材料（更加静电敏感）,.,7,半导体器件静电敏感性,.,8,高频器件静电敏感特性,尺寸尺寸小，结薄材料工艺GaAs，SiGe，InP，InGaP，SiFET，HBT，HEMT，BiCMOS，BJT集成度,.,9,ESD危害,器件损伤硬损伤，软损伤EMI功能故障，系统跑飞污染（静电吸附）,.,10,ESD损坏器件机理,Fields.voltage介质击穿Jouleheating.energy热熔化,.,11,ESD损伤器件机理,介质击穿,.,12,ESD损伤器件机理,热熔化,.,13,ESD防护控制手段,过程控制EPA（ECA）环境，人员，材料接地防护设计结构，工艺，电路,.,14,ESD防护设计方法,ESD测试标准ESD防护设计思想和流程结构防护设计工艺防护设计电路防护设计,.,15,ESD测试标准,IEC61000-4-2（GB17626-2）Electrostaticdischargeimmunitytest外壳接触放电空气放电接口,.,16,ESD测试标准,ESD测试放电波形,静电放电枪（ESDGun）模型,.,17,ESD防护设计思想,消除静电源切断放电通路（隔离静电源）控制放电电流端口防护：在端口最近位置泻放ESD电流，阻止ESD脉冲进入后续电路。,.,18,ESD防护设计流程,器件选用、防护电路设计、结构设计、工艺设计、材料选择测试验证，改进优化,.,19,结构防护设计,布板（元件位置）接地（金属部件，单板，设备）产品材料应用（塑料材料的防静电处理）屏蔽（接口，开窗，开关，键盘，敏感单元）增加放电路径长度包装材料,.,20,工艺防护设计,单板布线（边缘，屏蔽）标识，标签（单板，产品，过程）制造工具及工序，防静电处理辅助材料接地（装备，仪器，工具）放电处理,.,21,电路防护设计,静电敏感器件的选用设计端口ESD防护电路单板、产品安全测试方法,.,22,过压防护原理和防护器件介绍,过压防护原理过压防护器件工作机理防护器件特性对比接口防护器件结电容要求低容值防护器件介绍,.,23,过压防护原理,高电压-大电流电压箝位电流泻放能量反射衰减,.,24,过压防护器件,MOV（MLV）TSSGDTTVS二极管ESD/EMI专用防护器件R、L、C网络,非线性器件线性器件,.,25,过压防护器件特性,工作电压击穿电压箝位电压维持电压/电流通流容量/功耗结电容响应时间极性寿命,.,26,MOV（MLV）工作原理,.,27,MOV（MLV）工作原理,.,28,TSS工作原理,阻断区雪崩区负阻区低阻通态区,.,29,GDT工作原理,击穿电压续流维持电压（2050V）,.,30,TVS工作原理,.,31,二极管工作原理,快速开关二极管稳压二极管PIN二极管（低频功率型）高击穿电压、速度快、电容量很小、PN结面积小、结薄肖特基二极管（低频整流型功率管）较低的正向压降（0.2V至0.3V），很小的结电容，位垒薄,.,32,PolymerESD抑制器工作原理,压敏介质：高分子聚合物（极低容值）,.,33,R、L、C网络工作原理,电阻衰减网络能量衰减LC滤波器带外能量反射/衰减,.,34,防护器件特性对比,.,35,接口防护器件结电容要求,.,36,接口防护器件结电容要求,.,37,RF接口适用的ESD防护器件,低容值快速开关二极管低容值TVS管R、L、C网络低容值MLV低容值聚合物ESD抑制器,.,38,低容值防护器件介绍,快速开关二极管PHILIPSTOSHIBANECINFINEONONSEMI,.,39,低容值防护器件介绍,TVSCAMD（CM12xx）PROTEK（POSTxxLC）,.,40,低容值防护器件介绍,MLVAVXEPCOSLITTELFUSE,.,41,低容值防护器件介绍,聚合物ESD抑制器Littlefuse（PGB）COOPER（ESDA）,.,42,RF电路ESD防护设计技术,RF接口ESD防护设计难点RF电路ESD防护设计的一般要求ESD防护设计方法和技巧降低防护电路对RF信号质量的影响,.,43,RF接口ESD防护设计难点,阻抗匹配结电容寄生电感限幅导通电压ESD信号的宽频谱特征,.,44,RF接口ESD防护设计难点,ESD信号的频谱特征,.,45,RF电路ESD防护设计的一般要求,整机、单板、组件外壳的空气和接触放电：8000V整机、单板、组件外部RF接口的接触放电：4000V，不得低于2000V；内部RF接口的接触放电：2000V，不得低于1500V无线终端外部接口的接触放电：4000V,.,46,静电敏感器件的选用,优选防静电能力强的RF器件1000V（HBM）200V（MM）500V（CDM）中低频应用应优选Si双极器件禁止选用防静电能力小于100V（HBM、MMandCDM同时满足）的器件,.,47,ESD防护设计方法和技巧,ESD防护电路设计总体原则：对ESD信号来说，接口输入点和地之间的并联阻抗要尽量小，而接口输入点和被防护器件之间的串联阻抗要尽量大；对工作信号来说，接口输入点和地之间的并联阻抗要尽量大，而接口输入点和被防护器件之间的串联阻抗要尽量小。,.,48,ESD防护设计方法和技巧,应避免静电敏感器件和静电敏感引脚直接应用在RF电缆连接端口，RF插座端口应设计ESD防护电路，RF电缆在插装前先进行放电处理RF接口的芯线应处于外物不易触及的状态，如RF插座和电缆端头设置静电防护帽静电敏感器件、及其高静电敏感引脚、高静电敏感端口应该避免设计直接的测试点，或测试点远离这些引脚，或采用间接测试方法ESD防护电路应尽可能靠近RF接口，而被保护的器件应尽量远离RF接口,.,49,ESD防护设计方法和技巧,ESD防护电路应有双向防护能力ESD防护电路的开启电压（触发电压）和箝位电压（或二极管导通电压）应大于RF信号可能的最大峰值电压，同时要远远小于被防护器件的ESD阈值电压ESD防护电路的响应时间要小于被保护器件的响应时间ESD防护电路要有在短时间内释放较大的静电能量而不自损坏的能力,.,50,ESD防护设计方法和技巧,在电路系统信号指标分配和布板许可的情况下，应优选R/L/C等无源元件组成的滤波或衰减网络形成ESD防护电路，提高电路的可靠性对于工作信号在1GHz以上的RF接口，建议优先采用LC高通滤波器进行ESD防护优选低容值防护器件优选大电流容量器件（如电感）,.,51,ESD防护设计方法和技巧,串联电感的处理,.,52,ESD防护设计方法和技巧,串联电感的处理,.,53,ESD防护设计方法和技巧,泻放电容改善寄生电感对ESD防护的影响,.,54,ESD防护设计方法和技巧,环行器、耦合器、高频信号传输变压器、高频隔直电容等器件的隔离特性的有效利用,.,55,ESD防护设计方法和技巧,ESD防护电路的防护能力与选用的防护器件、被防护器件的ESD敏感度、电路结构形式、布线等因素密切相关，一般无法直接单独确定一个防护电路的防护能力，必须把防护电路和被防护的具体电路作为一个整体并按照标准IEC61000-4-2的测试方法进行测试，以确定一个实际电路的防护效果。,.,56,降低防护电路对RF信号质量的影响,降低防护电路的等效结电容提高防护器件的导通电压结电容、寄生串联电感（引线电感、布线电感）、箝位电压（或导通电压）、反向漏电流、反向耐压、最大峰值电流、功率容量,.,57,降低结电容方法,二极管偏置法,.,58,降低结电容方法,二极管串联法,.,59,降低结电容方法,二极管串联并加偏置法,.,60,降低结电容方法,二极管反向串联和偏置法提高残压,.,61,降低结电容方法,射频电路匹配法,.,62,提高导通电压方法,二极管偏置法,.,63,提高导通电压方法,二极管串联法,.,64,提高导通电压方法,开关二极管导通电压随温度的升高而降低结温25和150相比，BAV99单二极管的限幅点将由7dBm（RF峰值0.7V）降到4dBm（RF峰值0.5V）左右。,.,65,提高导通电压方法,TVS管或MLV法中低频应用击穿电压在几伏到几十伏之间可随意选择残压较高,.,66,提高导通电压方法,二极管串联电容法此防护电路用于RF放大器SGA6489的输入端时，电容C1和C2等于0.02uF，其抗静电能力达到2500V；电容C1和C2等于0.47uF，其抗静电能力达到4000V。（RF压缩在1GHz仿真，实际测试约为39dBm。）,.,67,RF接口ESD防护电路综合设计法,MLV、各种二极管、R/L/C二极管串并联、匹配设计、滤波、隔离、衰减,.,68,ESD防护实验,ESD防护实验方案ESD防护实验数据分析ESD防护实验总结,.,69,ESD防护实验方案,ESD防护电路对RF信号质量的影响测试电路,.,70,ESD防护实验方案,ESD防护效果测试电路,.,71,ESD防护实验方案,ESD残压测试,.,72,ESD防护实验数据分析,MLVTVS开关二极管聚合物ESD抑制器RLC衰减或滤波网络,.,73,MLV,500V良好,1000V损坏,.,74,MLV,500V良好,1000V损坏,.,75,MLV,3500V良好,4000V损坏,.,76,TVS,3500V良好,4000V损坏,.,77,TVS,2000V良好,2500V损坏,.,78,TVS,4000V良好,5000V损坏,.,79,开关二极管,3500V良好,4000V损坏,.,80,开关二极管,2500V良好,3000V损坏,BZX84C30：1000V良好,1500V损坏,.,81,开关二极管,5.1nH：8000V良好,8500V损坏,4500V良好,5000V损坏,.,82,开关二极管,3500V良好,4000V损坏,0.02uF：1500V良好,2000V损坏,.,83,聚合物ESD抑制器,E5输入端700V损坏,输出端1500V损坏,.,84,聚合物ESD抑制器,E5输入端400V损坏,输出端1000V损坏,.,85,电阻衰减网络,SGA-6489,.,86,LC高通滤波器,高通滤波器抑制ESD脉冲示意图,ESDPower,20100,ILdB,FMHz,0-10-20-30,ESD,Filter,.,87,LC高通滤波器,.,88,LC高通滤波器,7000V良好,8000V损坏,.,89,LC高通滤波器,.,90,LC高通滤波器,9000V良好,.,91,ESD防护实验总结,ESD残压越小，防护效果越好箝位电压越小，ESD残压越小响应速度越快，残压的峰值越低，峰值脉宽越窄同时具有泻流功能和阻隔功能的防护电路的防护效果更好,.,92,ESD防护实验总结,高容值的MLV，低容值的MLV低容值聚合物ESD抑制器低容值的TVSESD防护能力可以达到2000V4000V，和电感并联可以取得更好的防护效果，可用于几百MHz以下的RF接口。高速开关二极管较低的容值和较低的导通电压，防护效果好，设计灵活，可用于2.5GHz以下RF电路。,.,93,ESD防护实验总结,高通LC滤波器同时具有泻流功能和阻隔功能，且响应速度快，ESD防护效果好，在GHz以上的RF电路中优先选用。注