为何Layout时信号走线要先过ESD/TVS管?

原创 硬件工程师炼成之路 2024-05-22 08:01
今天说下上一期留下的问题:

都说接口处的信号要先过ESD/TVS管,然后拉到被保护器件,为什么不这样做效果就不好?那如果受板子实际情况限制,必须这样layout,是一定不行吗?

在这之前呢,如果没看过上一期文章“如何理解虚无缥缈的ESD”,建议先看一看,因为这篇是以上一篇的观点为基础的。



为什么有上面这个问题?

 
有这个问题的原因,我觉得主要是因为两点

 
一是因为从原理图上看来,二者并没有区别,都是ESD管接在同一个网络GPIO上面。既然没有区别,那为什么结果会有差异呢?对于新手来说,确实难以理解。

 
二是既然跟layout有关,那两种不同的layout方式?到底是影响了什么参数造成了这个差异呢?这些网上也没有找到相关的较深入的文章。

 
问题的原因——走线电感

 
我们设想的是,放电时,静电能量都从ESD管这里泄放掉,而不通过我们的芯片放电,这样才能实现ESD管保护芯片的目的。

如上图,理想情况下,如果ESD管的钳位电压足够低,那么静电放电电流基本都从ESD管进行泄放。问题是,我们通常要通过PCB实现这个电路,PCB  Layout走线也不是理想的,会有走线电感

上一期我们知道,ESD放电时信号频谱带宽是几十Mhz500Mhz,是高频的,而电感是频率越高,阻抗越大。如果Layout引入寄生电感,ESD泄放的时候电流也会在电感上面形成压降,导致芯片端残压升高,如果电压高于了芯片的耐受电压,那么就会击穿芯片,导致防护失败。

 
上面说法还是笼统,下面我们拿数据说话。

 
走线电感的阻抗

 
很多人可能会认为走线电感,那不就是寄生电感吗,听起来就很小,不能直接忽略吗?能不能忽略自然就是看影响,只有没影响的情况下才能忽略,那到底能不能忽略呢?

 
PCB的走线电感是可以计算的,就是用下面这个公式:

套用这个公式,可以得到走线长度1cm,宽度为6mil,铜厚为1oz的走线电感为9.41nH

上面这个表格是我自己做了个excel表格,文末会分享给兄弟们,可以在excel里面输入对应的线宽,铜厚,线长等参数,然后就可以得到对应的电感值了,也可以看右边的表格做一个快速的估算。

 
好了,现在电感值已经有了,是9.41nH,我们根据公式ZL=jwL=2πfL,得到在50MhzESD放电波形电流频谱是几十Mhz500Mhz,貌似(不太确定)ESD释放时能量主要集中在几十Mhz这个频率,所以取50Mhz)时的阻抗ZL(50Mhz)=2*π*50Mhz*9.41nH3Ω

 
电感走线阻抗已经知道了,那么影响到底有多大呢?

 
电感的影响

 
我们以3.3V ESD器件esd9b33st5g为例子,如下图。

如果我们是理想Layout 的情况下(没有寄生电感),那么在ESD管泄放电流Ipp1A的时候,钳位电压为10.5V。而如果现在Layout不好,引入了寄生电感,其50Mhz时等效阻抗为3欧姆,如果电流依然是1A,那么电感上面的压降就是3V,这样导致整体看起来,钳位电压从10.5V提到到13.5V 

以上举的是6mil10mm的走线长度,这个走线长度已经是非常小的了,可以看到,它已经对我们的ESD性能造成了影响

 
如果长度增加到10cm,从上表知道,走线电感就是140nh50Mhz对应阻抗是ZL(50Mhz)=2*π*50Mhz*140nH43Ω,同样的方法得到1A定流时的等效钳位电压VC=53.5V,这是我们说这个ESD完全没用应该是没毛病的

 
小结

 
本文主要说下自己对于ESD管的Layout要求的理解,主要从寄生电感的角度来说的,虽说文章有一些数据,但是整体还算是定性分析。实际情况是更为复杂的,比如说ESD管到MCU也有走线,也有寄生电感,这对ESD更为友好一点。还有就是如果寄生电感大了,ESD的泄放电流应该也会小一些,而我上面的数据都是假设Ipp1A时的。

 
寄生电感计算excel表格下载

 
下载方法:关注我的微信公众号“硬件工程师炼成之路”,在后台回复“炼成之路”,就可以下载了,放置在目录:炼成之路-->EMC-->ESD

再声明下,文章的主要观点并不是很严谨,我只是估摸是这样,兄弟们可以结合自己的经验去印证是不是这样,总之不要尽信

推荐阅读:

1、还在用CAM350吗?

2、我写的东西都在这里了

3、信号在脑子里面应该是什么样的

4、信号在脑子里面应该是什么样的(二)

5、PMOS开关电路常见的问题分析

6、如何理解虚无缥缈的ESD


硬件工程师炼成之路 硬件工程师的分享、交流、学习的地方。
评论
  • 在2024年的科技征程中,具身智能的发展已成为全球关注的焦点。从实验室到现实应用,这一领域正以前所未有的速度推进,改写着人类与机器的互动边界。这一年,我们见证了具身智能技术的突破与变革,它不仅落地各行各业,带来新的机遇,更在深刻影响着我们的生活方式和思维方式。随着相关技术的飞速发展,具身智能不再仅仅是一个技术概念,更像是一把神奇的钥匙。身后的众多行业,无论愿意与否,都像是被卷入一场伟大变革浪潮中的船只,注定要被这股汹涌的力量重塑航向。01为什么是具身智能?为什么在中国?最近,中国具身智能行业的进
    艾迈斯欧司朗 2025-02-28 15:45 221浏览
  • 振动样品磁强计是一种用于测量材料磁性的精密仪器,广泛应用于科研、工业检测等领域。然而,其测量准确度会受到多种因素的影响,下面我们将逐一分析这些因素。一、温度因素温度是影响振动样品磁强计测量准确度的重要因素之一。随着温度的变化,材料的磁性也会发生变化,从而影响测量结果的准确性。因此,在进行磁性测量时,应确保恒温环境,以减少温度波动对测量结果的影响。二、样品制备样品的制备过程同样会影响振动样品磁强计的测量准确度。样品的形状、尺寸和表面处理等因素都会对测量结果产生影响。为了确保测量准确度,应严格按照规
    锦正茂科技 2025-02-28 14:05 134浏览
  •           近日受某专业机构邀请,参加了官方举办的《广东省科技创新条例》宣讲会。在与会之前,作为一名技术工作者一直认为技术的法例都是保密和侵权方面的,而潜意识中感觉法律有束缚创新工作的进行可能。通过一个上午学习新法,对广东省的科技创新有了新的认识。广东是改革的前沿阵地,是科技创新的沃土,企业是创新的主要个体。《广东省科技创新条例》是广东省为促进科技创新、推动高质量发展而制定的地方性法规,主要内容包括: 总则:明确立法目
    广州铁金刚 2025-02-28 10:14 103浏览
  • 1,微软下载免费Visual Studio Code2,安装C/C++插件,如果无法直接点击下载, 可以选择手动install from VSIX:ms-vscode.cpptools-1.23.6@win32-x64.vsix3,安装C/C++编译器MniGW (MinGW在 Windows 环境下提供类似于 Unix/Linux 环境下的开发工具,使开发者能够轻松地在 Windows 上编写和编译 C、C++ 等程序.)4,C/C++插件扩展设置中添加Include Path 5,
    黎查 2025-02-28 14:39 140浏览
  •         近日,广电计量在聚焦离子束(FIB)领域编写的专业著作《聚焦离子束:失效分析》正式出版,填补了国内聚焦离子束领域实践性专业书籍的空白,为该领域的技术发展与知识传播提供了重要助力。         随着芯片技术不断发展,芯片的集成度越来越高,结构也日益复杂。这使得传统的失效分析方法面临巨大挑战。FIB技术的出现,为芯片失效分析带来了新的解决方案。它能够在纳米尺度上对芯片进行精确加工和分析。当芯
    广电计量 2025-02-28 09:15 116浏览
  • 更多生命体征指标风靡的背后都只有一个原因:更多人将健康排在人生第一顺位!“AGEs,也就是晚期糖基化终末产物,英文名Advanced Glycation End-products,是存在于我们体内的一种代谢产物” 艾迈斯欧司朗亚太区健康监测高级市场经理王亚琴说道,“相信业内的朋友都会有关注,最近该指标的热度很高,它可以用来评估人的生活方式是否健康。”据悉,AGEs是可穿戴健康监测领域的一个“萌新”指标,近来备受关注。如果站在学术角度来理解它,那么AGEs是在非酶促条件下,蛋白质、氨基酸
    艾迈斯欧司朗 2025-02-27 14:50 400浏览
  • 在物联网领域中,无线射频技术作为设备间通信的核心手段,已深度渗透工业自动化、智慧城市及智能家居等多元场景。然而,随着物联网设备接入规模的不断扩大,如何降低运维成本,提升通信数据的传输速度和响应时间,实现更广泛、更稳定的覆盖已成为当前亟待解决的系统性难题。SoC无线收发模块-RFM25A12在此背景下,华普微创新推出了一款高性能、远距离与高性价比的Sub-GHz无线SoC收发模块RFM25A12,旨在提升射频性能以满足行业中日益增长与复杂的设备互联需求。值得一提的是,RFM25A12还支持Wi-S
    华普微HOPERF 2025-02-28 09:06 143浏览
  • 美国加州CEC能效跟DOE能效有什么区别?CEC/DOE是什么关系?美国加州CEC能效跟DOE能效有什么区别?CEC/DOE是什么关系?‌美国加州CEC能效认证与美国DOE能效认证在多个方面存在显著差异‌。认证范围和适用地区‌CEC能效认证‌:仅适用于在加利福尼亚州销售的电器产品。CEC认证的范围包括制冷设备、房间空调、中央空调、便携式空调、加热器、热水器、游泳池加热器、卫浴配件、光源、应急灯具、交通信号模块、灯具、洗碗机、洗衣机、干衣机、烹饪器具、电机和压缩机、变压器、外置电源、消费类电子设备
    张工nx808593 2025-02-27 18:04 120浏览
  • 一、VSM的基本原理震动样品磁强计(Vibrating Sample Magnetometer,简称VSM)是一种灵敏且高效的磁性测量仪器。其基本工作原理是利用震动样品在探测线圈中引起的变化磁场来产生感应电压,这个感应电压与样品的磁矩成正比。因此,通过测量这个感应电压,我们就能够精确地确定样品的磁矩。在VSM中,被测量的样品通常被固定在一个震动头上,并以一定的频率和振幅震动。这种震动在探测线圈中引起了变化的磁通量,从而产生了一个交流电信号。这个信号的幅度和样品的磁矩有着直接的关系。因此,通过仔细
    锦正茂科技 2025-02-28 13:30 100浏览
  • RGB灯光无法同步?细致的动态光效设定反而成为产品客诉来源!随着科技的进步和消费者需求变化,电脑接口设备单一功能性已无法满足市场需求,因此在产品上增加「动态光效」的形式便应运而生,藉此吸引消费者目光。这种RGB灯光效果,不仅能增强电脑周边产品的视觉吸引力,还能为用户提供个性化的体验,展现独特自我风格。如今,笔记本电脑、键盘、鼠标、鼠标垫、耳机、显示器等多种电脑接口设备多数已配备动态光效。这些设备的灯光效果会随着音乐节奏、游戏情节或使用者的设置而变化。想象一个画面,当一名游戏玩家,按下电源开关,整
    百佳泰测试实验室 2025-02-27 14:15 137浏览
我要评论
1
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦