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RF电路ESD防护设计1精选2021版课件目录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2精选2021版课件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3精选2021版课件基本概念nElectrostaticnElectrostatic Discharge（ESD）接触放电，击穿介质放电nESSD（Electrostatic Sensitive Devices）nESDS（Electrostatic Discharge Sensitivity）4精选2021版课件ESD模型n人体模型 HBMn人体金属模型 HBMMn机器模型 MMn充电器件模型 CDMn场感应模型 FIM（FICDM）n电缆放电事件 CDE5精选2021版课件半导体器件静电敏感性半导体器件静电敏感性n尺寸（更加细小精密）n集成度（更加复杂）n材料（更加静电敏感）6精选2021版课件半导体器件静电敏感性半导体器件静电敏感性7精选2021版课件高频器件静电敏感特性n尺寸 尺寸小，结薄n材料工艺 GaAs，SiGe，InP，InGaP，Si FET，HBT，HEMT，BiCMOS，BJTn集成度8精选2021版课件ESD危害n器件损伤 硬损伤，软损伤nEMI 功能故障，系统跑飞n污染（静电吸附）9精选2021版课件ESD损坏器件机理nFields.voltage 介质击穿nJoule heating.energy 热熔化10精选2021版课件ESD损伤器件机理n介质击穿11精选2021版课件ESD损伤器件机理n热熔化12精选2021版课件ESD防护控制手段n过程控制 EPA（ECA）环境，人员，材料 接地n防护设计 结构，工艺，电路 13精选2021版课件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14精选2021版课件ESD测试标准nIEC61000-4-2（GB17626-2）Electrostatic discharge immunity test 外壳 接触放电 空气放电 接口15精选2021版课件ESD测试标准nESD测试放电波形 静电放电枪（ESD Gun）模型16精选2021版课件ESD防护设计思想n消除静电源n切断放电通路（隔离静电源）n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。17精选2021版课件ESD防护设计流程n器件选用、防护电路设计、结构设计、工艺设计、材料选择n测试验证，改进优化18精选2021版课件结构防护设计n布板（元件位置）n接地（金属部件，单板，设备）n产品材料应用（塑料材料的防静电处理）n屏蔽（接口，开窗，开关，键盘，敏感单元）n增加放电路径长度n包装材料19精选2021版课件工艺防护设计n单板布线（边缘，屏蔽）n标识，标签（单板，产品，过程）n制造工具及工序，防静电处理n辅助材料n接地（装备，仪器，工具）n放电处理20精选2021版课件电路防护设计n静电敏感器件的选用n设计端口ESD防护电路n单板、产品安全测试方法21精选2021版课件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22精选2021版课件过压防护原理n高电压-大电流n电压箝位n电流泻放n能量反射衰减23精选2021版课件过压防护器件nMOV（MLV）nTSSnGDTnTVSn二极管nESD/EMI专用防护器件nR、L、C网络非线性器件线性器件24精选2021版课件过压防护器件特性n工作电压n击穿电压n箝位电压n维持电压/电流n通流容量/功耗n结电容n响应时间 n极性n寿命25精选2021版课件MOV（MLV）工作原理26精选2021版课件MOV（MLV）工作原理27精选2021版课件TSS工作原理阻断区雪崩区负阻区低阻通态区 28精选2021版课件GDT工作原理n击穿电压 n续流维持电压（2050V）29精选2021版课件TVS工作原理30精选2021版课件二极管工作原理n快速开关二极管n稳压二极管nPIN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 n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31精选2021版课件Polymer ESD抑制器工作原理n压敏介质：高分子聚合物（极低容值）32精选2021版课件R、L、C网络工作原理n电阻衰减网络 能量衰减nLC滤波器 带外能量反射/衰减33精选2021版课件防护器件特性对比防护器件类别响应时间结电容主要应用保护方式普通MOV慢：数十nsus级大：数百数万pFEOS（AC、雷电）箝位MLV快：psns级一般：数十数百pF，低达几pFEOS和中低频电路的ESD防护（中等能量）箝位GDT慢：数百nsus级小：数pF数百pF，可低于0.5pF雷电（大能量）负阻TVS快：psns级一般：数十数百pF，低达1pFEOS和中低频电路的ESD防护(低电压、小能量)箝位高速开关二极管快：psns级小：数pF数十pF，可低于1pFESD（高频、小能量）箝位TSS快：psns级大：数十数百pFEOS（大能量）负阻低电容聚合物ESD抑制器快：psns级极小：数fF数pFESD（高频、小能量）负阻箝位R/L/C滤波衰减网络快不考虑从低频到高频电路的EOS和ESD防护（小能量）滤波、衰减34精选2021版课件接口防护器件结电容要求35精选2021版课件接口防护器件结电容要求36精选2021版课件RF接口适用的ESD防护器件n低容值快速开关二极管n低容值TVS管nR、L、C网络n低容值MLV n低容值聚合物ESD抑制器37精选2021版课件低容值防护器件介绍n快速开关二极管 PHILIPS TOSHIBA NEC INFINEON ON SEMI38精选2021版课件低容值防护器件介绍nTVS CAMD（CM12xx）PROTEK（POSTxxLC）39精选2021版课件低容值防护器件介绍nMLV AVX EPCOS LITTELFUSE 40精选2021版课件低容值防护器件介绍n聚合物ESD抑制器 Littlefuse（PGB）COOPER（ESDA）41精选2021版课件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42精选2021版课件RF接口ESD防护设计难点n阻抗匹配 结电容 寄生电感n限幅 导通电压nESD信号的宽频谱特征 43精选2021版课件RF接口ESD防护设计难点nESD信号的频谱特征44精选2021版课件RF电路ESD防护设计的一般要求n整机、单板、组件外壳的空气和接触放电：8000Vn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1500Vn无线终端外部接口的接触放电：4000V45精选2021版课件静电敏感器件的选用n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n禁止选用防静电能力小于100V（HBM、MM and CDM同时满足）的器件 46精选2021版课件ESD防护设计方法和技巧nESD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。47精选2021版课件ESD防护设计方法和技巧n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 nRF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n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nESD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 48精选2021版课件ESD防护设计方法和技巧nESD防护电路应有双向防护能力nESD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nESD防护电路的响应时间要小于被保护器件的响应时间nESD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 49精选2021版课件ESD防护设计方法和技巧n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n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n优选低容值防护器件n优选大电流容量器件（如电感）50精选2021版课件ESD防护设计方法和技巧n串联电感的处理51精选2021版课件ESD防护设计方法和技巧n串联电感的处理52精选2021版课件ESD防护设计方法和技巧n泻放电容改善寄生电感对ESD防护的影响53精选2021版课件ESD防护设计方法和技巧n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54精选2021版课件ESD防护设计方法和技巧nESD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。55精选2021版课件降低防护电路对RF信号质量的影响n降低防护电路的等效结电容n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 56精选2021版课件降低结电容方法n二极管偏置法 57精选2021版课件降低结电容方法n二极管串联法 58精选2021版课件降低结电容方法n二极管串联并加偏置法 59精选2021版课件降低结电容方法n二极管反向串联和偏置法提高残压60精选2021版课件降低结电容方法 射频电路匹配法 61精选2021版课件提高导通电压方法n二极管偏置法 62精选2021版课件提高导通电压方法n二极管串联法 63精选2021版课件提高导通电压方法n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。64精选2021版课件提高导通电压方法nTVS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65精选2021版课件提高导通电压方法n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。）66精选2021版课件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 67精选2021版课件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68精选2021版课件ESD防护实验方案nESD防护电路对RF信号质量的影响测试电路 69精选2021版课件ESD防护实验方案nESD防护效果测试电路70精选2021版课件ESD防护实验方案nESD残压测试 71精选2021版课件ESD防护实验数据分析nMLVnTVSn开关二极管n聚合物ESD抑制器nRLC衰减或滤波网络72精选2021版课件MLV500V良好,1000V损坏 73精选2021版课件MLV500V良好,1000V损坏 74精选2021版课件MLV3500V良好,4000V损坏 75精选2021版课件TVS 3500V良好,4000V损坏 76精选2021版课件TVS2000V良好,2500V损坏 77精选2021版课件TVS 4000V良好,5000V损坏 78精选2021版课件开关二极管3500V良好,4000V损坏 79精选2021版课件开关二极管2500V良好,3000V损坏 BZX84C30：1000V良好,1500V损坏 80精选2021版课件开关二极管 5.1nH：8000V良好,8500V损坏 4500V良好,5000V损坏 81精选2021版课件开关二极管3500V良好,4000V损坏 0.02uF：1500V良好,2000V损坏82精选2021版课件聚合物ESD抑制器E5输入端700V损坏,输出端1500V损坏 83精选2021版课件聚合物ESD抑制器E5输入端400V损坏,输出端1000V损坏 84精选2021版课件电阻衰减网络序号防护措施输入端口ESD防护能力1直通输入400V247pF电容隔直输入800V33分贝电阻衰减输入（47pF隔直）1200V49分贝电阻衰减输入（47pF隔直）4000V5输入并联12nH电感和47pF隔直电容形成一阶高通滤波电路2400V6并联12nH电感加3分贝电阻衰减输入（47pF隔直）3300VSGA-6489 85精选2021版课件LC高通滤波器高通滤波器抑制ESD脉冲示意图ESDPower20100ILdBF MHz0-10-20-30ESDFilter86精选2021版课件LC高通滤波器87精选2021版课件LC高通滤波器7000V良好,8000V损坏 88精选2021版课件LC高通滤波器89精选2021版课件LC高通滤波器9000V良好 90精选2021版课件ESD防护实验总结nESD残压越小，防护效果越好n箝位电压越小，ESD残压越小n响应速度越快，残压的峰值越低，峰值脉宽越窄n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 91精选2021版课件ESD防护实验总结n高容值的MLV，低容值的MLV n低容值聚合物ESD抑制器 n低容值的TVS ESD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。n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。92精选2021版课件ESD防护实验总结n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。n注意电感（或寄生电感）和电容（或寄生电容）的并联谐振、电感（或寄生电感）和电容（或寄生电容）的串联谐振对RF信号质量的影响，器件选择和PCB布板要尽量减小寄生电感和寄生电容。93精选2021版课件案例分析n高通滤波器提高RF端口ESD防护能力94精选2021版课件案例分析nRF电缆静电导致放大器ERA-5SM失效95精选2021版课件案例分析n电阻衰减网络和隔直电容的ESD防护能力差96精选2021版课件案例分析nTVS结电容对VDSL传输速率的影响 97精选2021版课件结束n详细资料请参考：RF接口接口ESD防护电路设计规范防护电路设计规范 产品开发防静电设计技术规范产品开发防静电设计技术规范98精选2021版课件