ZHCAFM2 August   2025 LM2904B

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
  5. 2ESD 概述
    1. 2.1 什么是静电放电?
      1. 2.1.1 半导体中的 ESD 单元稳健性
  6. 3ESD 单元的类型
    1. 3.1 双二极管配置
      1. 3.1.1 双二极管配置并非通用之选?
    2. 3.2 自举二极管
    3. 3.3 吸收器件
      1. 3.3.1 有源钳位
      2. 3.3.2 GCNMOS 钳位
    4. 3.4 硅控整流器
    5. 3.5 CER 和 ECR NPN 二极管
      1. 3.5.1 测量 ECR/CER ESD 单元的响应
    6. 3.6 ESD 单元对比
  7. 4如何根据数据表确定器件的 ESD 结构
  8. 5如何保护系统免受电路内 ESD/EOS 事件的影响
    1. 5.1 使用 TVS 二极管和串联电阻实现电路保护
    2. 5.2 使用肖特基二极管实现电路保护
  9. 6如何在系统级电路中测试运算放大器
    1. 6.1 ESD 保护单元发展历程
  10. 7总结
  11. 8参考资料

使用肖特基二极管实现电路保护

如果运算放大器采用瞬态触发保护方案,则也可能发生 EOS 事件。但是,边沿触发运算放大器的保护方法有别于双二极管保护方案。在边沿触发保护中,ESD 单元仅在特定 dv/dt 电平下触发。

在此,肖特基二极管更适合用于保护。肖特基二极管具有高速开关特性,是应对 ESD/EOS 浪涌的首选。由于边沿触发二极管保护结构未设有触发电压,因此肖特基二极管有助于检测浪涌事件,引导绝大部分(若非全部)浪涌电流通过二极管。肖特基二极管具有约 0.3V 的低正向偏置电压。理想情况下,所加装肖特基二极管的正向偏置压降必须低于内部二极管。由此即可让绝大部分 EOS 电流流经外部二极管,从而降低运算放大器损伤概率。

图 5-5 展示了一个同相配置的运算放大器。输入端加装了 Rp 以及两个肖特基二极管。通过加装与肖特基二极管串联的 Rp,即可进一步限制浪涌事件中流经运算放大器的电流。

然而肖特基二极管具有较高的漏电流。因此当该特性成为关键设计要素时,则必须考虑选用其他二极管。在本例中,由于仅有输入侧存在外部连接,因此设计只采用了输入保护。外部连接更容易发生 EOS 事件。这方面的案例包括高感应电压或工厂自动化中常见的长传感器引线。

 基于肖特基二极管输入的保护图 5-5 基于肖特基二极管输入的保护

某些情况下,需要保护运算放大器的输出(请参阅 图 5-6)。下图展示了可供使用的类似电路。在此情况下,选择 Rp 时应确保 Rp 不会限制运算放大器的输出摆幅。通常,选用 10Ω 到 20Ω 之间的电阻即可实现良好的保护效果和功能。另请注意的是 Rp 位于反馈环路内。这样即使 Rp 上出现压降,也能保持精确的输出电压。最后需要注意,由于 RF 的值通常远大于 Rp,因此通过 RF 流向电路输入端的电流极低。

 基于肖特基二极管输出的保护图 5-6 基于肖特基二极管输出的保护

与所有电路一样,设计也需要权衡取舍。电路引入保护措施也会给系统带来噪声。在设计电路时,应考虑噪声、元件占位面积等因素。但是,这些考虑事项超出了本文的讨论范围。有关如何显著降低噪声的更多详细信息,请参阅该论文,了解如何在保护运算放大器的同时大幅降低噪声。