ZHCAA01B March   2012  – July 2021 MSP430F5131 , MSP430F5132 , MSP430F5151 , MSP430F5152 , MSP430F5171 , MSP430F5172 , MSP430F5212 , MSP430F5214 , MSP430F5217 , MSP430F5219 , MSP430F5222 , MSP430F5224 , MSP430F5229 , MSP430F5232 , MSP430F5234 , MSP430F5237 , MSP430F5239 , MSP430F5242 , MSP430F5244 , MSP430F5247 , MSP430F5249 , MSP430F5252 , MSP430F5253 , MSP430F5254 , MSP430F5255 , MSP430F5256 , MSP430F5257 , MSP430F5258 , MSP430F5259 , MSP430F5304 , MSP430F5308 , MSP430F5309 , MSP430F5310 , MSP430F5324 , MSP430F5325 , MSP430F5326 , MSP430F5327 , MSP430F5328 , MSP430F5328-EP , MSP430F5329 , MSP430F5333 , MSP430F5335 , MSP430F5336 , MSP430F5338 , MSP430F5340 , MSP430F5341 , MSP430F5342 , MSP430F5358 , MSP430F5359 , MSP430F5418 , MSP430F5418A , MSP430F5419 , MSP430F5419A , MSP430F5435 , MSP430F5435A , MSP430F5436 , MSP430F5436A , MSP430F5437 , MSP430F5437A , MSP430F5438 , MSP430F5438A , MSP430F5438A-EP , MSP430F5500 , MSP430F5501 , MSP430F5502 , MSP430F5503 , MSP430F5504 , MSP430F5505 , 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  1.   商标
  2. 1ESD 简介
    1. 1.1 元件级 ESD 等级
      1. 1.1.1 人体放电模型 (HBM)
      2. 1.1.2 充电器件模型 (CDM)
    2. 1.2 系统级 ESD 等级
    3. 1.3 ESD 波形
  3. 2系统级 ESD 设计通用指南
    1. 2.1 外壳
      1. 2.1.1 外壳开口
      2. 2.1.2 外壳电缆
    2. 2.2 PCB 设计和布局
      1. 2.2.1 示例布局 - 电流环路
    3. 2.3 板载 ESD 保护器件
      1. 2.3.1 简单的无源器件
      2. 2.3.2 ESD 抑制器件
      3. 2.3.3 使用串联电阻提供 ESD 保护
    4. 2.4 电路设计和软件注意事项
      1. 2.4.1 电路设计
      2. 2.4.2 软件注意事项
    5. 2.5 ESD 测试
  4. 3系统高效 ESD 设计 (SEED)
    1. 3.1 系统级 ESD 保护方法
      1. 3.1.1 板载保护 - 初级钳位
      2. 3.1.2 片上保护 - 次级钳位
      3. 3.1.3 两级保护 - 基本 SEED 概念
    2. 3.2 系统级 ESD 设计的 SPICE 仿真方法
  5. 4基于 SEED 的 IEC 保护设计和验证 - 实际案例 1
    1. 4.1 对 IEC 应力波形建模
    2. 4.2 对 TVS 器件建模
    3. 4.3 对 MSP430 I/O 引脚建模
    4. 4.4 隔离阻抗计算
    5. 4.5 SPICE 仿真 – SEED 方法
    6. 4.6 板级验证
  6. 5系统级 ESD 保护 - 实际案例 2
  7. 6总结
  8. 7使用 TLP 参数建模
    1. 7.1 使用 TLP 参数对 TVS 器件建模 [8]
    2. 7.2 使用 TLP 参数对要保护的 IC 接口引脚建模 [8]
  9. 8参考文献
  10.   修订历史记录

1 ESD 简介

静电荷是静置时的非平衡电荷。当两种非导电材料相互摩擦或分离时，一种材料的表面会获得电子，而另一种材料的表面则失去电子；这会导致带电量不均衡，即产生静电荷。根据定律 Q = CV，一个物体的可充电电压取决于其电容量。人体能够被充电到数千伏。当静电荷从一个表面移到另一个表面时，称为 ESD（静电放电）。ESD 是在两个处于不同电位的物体之间单次快速转移静电荷的过程。只有当两个物体之间的电压差足够高到超过介电强度而击穿介质时，才会发生这种情况。静电荷快速移动产生的电流会损坏或破坏集成电路 (IC) 内的栅极氧化层、金属化层和结。

ESD 可以通过以下四种方式之一发生：

  • 带电体接触 IC
  • 带电 IC 接触接地的表面或物体
  • 带电金属工具接触 IC
  • 在电介质上感应产生足以使其击穿的电压的静电场。

每种情况下的耦合机制都是通过电感、电阻或电容实现的。创建 ESD 安全设计的重点在于综合各种因素最大程度地减少 ESD 耦合。要设计一个具有稳健 ESD 保护功能的产品，必须了解元件级或 IC 级 ESD 保护与系统级 ESD 保护是不同的。

通常，器件供应商会根据行业标准设计、测试和验证其 IC，以确保在 IC 生产或组装到 PCB 期间不会发生物理损坏。原始设备制造商 (OEM) 应设计系统级或板级 ESD 保护，并根据 IEC 61000-4-2 [1] 或 ISO 10605 [6] 系统级 ESD 标准进行测试。表 1-1 根据 IEC 61000-4-2 [1] 和 ISO 10605 [6] 标准的要求，总结了 IC 级或元件级标准 HBM 测试与系统级测试之间的主要区别。

表 1-1 IC 级 HBM 测试与系统级 ESD 测试比较 [2]
参数 IC 级 HBM 测试
(ANSI/ESDA/JEDEC JS-001) [3]		 系统级 ESD 测试
(IEC 61000-4-2 [1], ISO 10605 [6])
受应力引脚组 多个引脚组合 几个特殊的引脚
器件电源 未供电 供电和未供电
测试方法 标准化 应用特定，使用各种放电模型
故障特征 泄漏或器件物理损坏 功能或应用故障或器件物理损坏
测试和认证持有者 芯片供应商或元件制造商 系统板设计人员或 OEM
测试设置 商用测试仪和插座 应用特定的板
典型认证目标 1kV 至 2kV HBM 8kV 至 15kV
对应的峰值电流 0.65A 至 1.3A >20A
ESD 环境 组装和生产过程 终端用户应用，消费类产品

元件级 ESD 和系统级 ESD 测试要求不同，因为它们所针对的 ESD 环境是不同的。同样，与这两个测试相关的 ESD 电流波形在峰值电流、持续时间和总功率方面也有很大差异。因此，要设计一个具有稳健 ESD 保护功能的系统，对于系统板设计人员和 OEM 而言，了解系统级 ESD 保护要求与 IC 级 ESD 保护功能之间的巨大差异非常重要。