Jauna pieeja aizsargā pret ESD un straujiem enerģijas avotiem

Esoteric Agenda - Best Quality with Subtitles in 13 Languages (Aprīlis 2019).

Anonim

Pārejošas strāvas slēdžu divpakāpju ierīces aizsardzības priekšrocības ir labākas par parasto TVS tehnoloģiju priekšrocībām

Tā kā ātrgaitas datu tehnoloģijas attīstās, lai tās kļūtu ātrākas un mazākas, palielinājās jutīgums pret elektrostatisko izlādi (ESD) un zibens strautiem. Tagad vairāk nekā jebkad agrāk ir nepieciešams robusts un efektīvs sprādziendrošības risinājums, kas novērš bojājumus, bet tas netraucē sistēmas augstfrekvences darbību. Jaunā īslaicīgā strāvas slēdža (TCS) tehnoloģija piedāvā pavisam jaunu pieeju, lai izpildītu šīs prasīgās prasības.
Daži novērtējumi par ESD bojājumiem faktiskajām izmaksām elektronikas industrijai nokļūst miljardos dolāru. Saskaņā ar Apdrošināšanas informācijas institūta datiem Amerikas Savienotajās Valstīs vidēji zibens izraisītie zaudējumi pēdējā gada laikā ir palielinājušies par 5, 5%, galvenokārt pateicoties patēriņa elektronikas skaita un vērtības pieaugumam. Zibens spēriens apdrošinātājiem izmaksā vidēji 5112 ASV dolārus apmērā prasību 2011. gadā, salīdzinot ar iepriekšējā gada 4846 ASV dolāriem. Pateicoties šīm augstām izmaksām un iespējamam bojājumam elektroniskajās iekārtās, ir svarīgi, lai jebkad agrāk tiktu nodrošināta atbilstoša ķēžu aizsardzība ātrgaitas datu lietojumprogrammām.
Šajā rakstā ir apskatīta konvencionālā vienpakāpes aizsardzība, izmantojot sprieguma ierobežotājierīci, piemēram, pārejoša sprieguma slēdža (TVS) diode, un izceļ šīs aizsardzības metodes ierobežojumus. Tiks prezentēta jauna pieeja ķēdes aizsardzībai, kas ievieš jaunu TCS tehnoloģiju. Šī jaunā pieeja sērijveidā izmanto TCS ierīces ar aizsargāto signālu līniju, divpakāpju konfigurācijā kopā ar sprieguma ierobežošanas ierīci. Šīs jaunās divpakāpju aizsardzības ierīces snieguma un aizsardzības efektivitātes priekšrocības, šķiet, ir daudz pārāka par parasto TVS tehnoloģiju priekšrocībām.

Vienpakāpes ķēdes aizsardzība
TVS diodes ir elektroniskās aizsardzības ierīces, kas absorbē ESD enerģiju dizaina saskarnē. TVS diode pamatdarbība ir parādīta 1. attēlā .
TVS diode parasti parādās kā augsta pretestība normālā signāla darba sprieguma diapazonā, kas šķērso līniju. Ja pārslodze pie saskarnes pārsniedz iepriekš iestatīto robežu, TVS diode kļūst vadītspējīgs, ātri ierobežojot spriegumu, pieaugot virs šī drošā līmeņa. Ideāls TVS diode rada ķieģeļu sienas stiprinājuma elektrisko raksturlielumu, kas nerada traucējumus normālam signālam, tomēr neļauj saskarnes spriegumam sasniegt nedrošu līmeni.

1. attēls: ideālas sprieguma ierobežošanas ierīces pamatdarbība.

Patiesībā pusvadītāju TVS diodes īpašības atšķiras no ideālās stiprinājuma ierīces vertikālās pazīmes. Lai gan reālais TVS diode izstaro lielu pretestību pie zemākiem spriegumiem, tā kā spriegums palielinās, ierobežotā "noplūdes" strāva sāk plūst tuvu sadales spriegumam. Tas rada faktisku stiprinājuma raksturlielumu, kas ir daudz mīkstāks nekā ideālā skavas raksturīgā pēkšņa vertikālā ķieģeļu siena. Jo lielāka TVS ierīce, jo lielāka kļūda var izraisīt strāvas darbību, it īpaši augstāka temperatūrā. Izvēlētajam saspiešanas spriegumam jābūt lielākam par ideālo, lai ņemtu vērā šo mīksto pāreju uz stiprinājuma darbību. Ķēdes izvēlētais faktiskais sprieguma spriegums ir kompromiss starp pietiekami augstu līmeni, kas neietekmē signālu, un pietiekami zemu spriegumu, lai maksimizētu aizsardzību.
Vienkārši savienojot TVS diode starp saskarni un zemi, ne vienmēr efektīvi aizsargā zemfrekvences ierīci, kas vada šo interfeisu. Piemēram, ar tipisku TVS ierīci maksimālais spriegums pāri tam var sasniegt 20 V 11 A izlādes laikā. Tas pārsniedz daudzu zemsprieguma pusvadītāju tehnoloģiju absolūto maksimālo novērtējumu. Tā vietā, lai pasargātu saskarnes ierīci no sprieguma, TVS diode vienkārši novirza daļu no enerģijas prom, atstājot daļu no sprieguma enerģijas, kas izplatās aizsargātajā ķēdē. Augsts izlaiduma enerģijas līmenis, kā tas bieži tiek saukts, var izraisīt iekārtas bojājumus, ja straujais stāvoklis notiek skarbā vai pakļautā vidē, kur ekspozīcija ar strauju enerģiju var būt ikdienišķa.

Divpakāpju ķēdes aizsardzība: jauna pieeja
TCS ierīce ir jauna ķēdes aizsardzības pieeja, kas ievērojami uzlabo aizsardzības līmeni, ja to izmanto sērijveidā ar aizsargāto signālu līniju divpakāpju dizainā kopā ar sprieguma ierobežošanas ierīci. TCS ierīces raksturlielumi ir parādīti 2. attēlā . Ja parastais signāla strāva ir zema, TCS ierīce darbojas tāpat kā zemas vērtības rezistors. Sprieguma apstākļos un tad, kad strāva tiek virzīta virs drošā līmenī, TCS ierīce ļoti ātri pāriet uz strāvu ierobežojošu stāvokli. 3. attēlā parādīts TCS ierīces konfigurācija un ķēdes simbols.

2. attēls: TCS ierīces faktiskā IV līkne.

3. attēls: TCS ierīces ieviešana ķēdes aizsardzības risinājumā.

TCS ierīce pievieno strāvas ierobežošanas posmu virknē ar aizsargāto ierīci, lai papildinātu sprieguma ierobežošanas ierīces īpašības, kas palīdz mazināt stresu. Spriegums saskarnē palielinās, kad notiek pārspriegums, izraisot strāvas plūsmu caur TCS ierīci. Tā kā pašreizējais limits ir sasniegts, TCS ierīce novērš turpmāku strāvas palielināšanos, ļaujot palielināt spriegumu. Tas rada ļoti augstu bloķēšanas pretestību, jo strāva ir gandrīz nemainīga. Tā kā strāva ir ierobežota, aizsargātā ierīcē spriegums vairs nepalielinās un tiek turēts drošā līmenī. TCS ierīces otrajā pusē spriegums turpina pieaugt, līdz tiek sasniegts sprieguma ieslēgšanas ierīces aktivācijas spriegums. Gan spiediena sākums, gan maksimālais sprieguma skavas spriegums var būt daudz lielāks par TVS, jo TCS ierīce bloķē šo spriegumu. Sprieguma maksimālais spriegums var pieaugt līdz TCS ierīces maksimālajam spriegumam ± 40 V, ļaujot izmantot vienkāršas zemu izmaksu zemu kapacitātes diode sliedes skavas lielākajai daļai piemērošanas iespēju. Kopējais aizsargjoslas darbības līmenis, kā pieredzējis vadītājs, ļoti līdzinās ideālā ķieģeļu sienas skavas darbībai.
Kā norāda nosaukums, TCS ierīce ir tieši analogai TVS diodei. TVS diode ierobežo pārejošu spriegumu, un TCS ierīce ierobežo pārejošas strāvas. TCS ierīces īpašībām, piemēram, perforatorā TVS diodei, piemīt arī pakāpeniska salocīšana, kas izraisa to, ka strāva samazināsies aptuveni par 30% no maksimālās vērtības, jo spriegums palielinās vēl vairāk. Šis fokusējums vēl vairāk uzlabo īslaicīgu strāvas padevi TCS ierīcē un samazina spriegumu aizsargātajā ierīcē.
Parastais reakcijas laiks, lai sasniegtu ierobežojošo darbību, ir mazāks par 50 ns. TCS ierīces pašreizējās darbības ierobežošanas ātrums ir ideāls, lai aizsargātu pret visiem standarta zibens pārsprieguma testa viļņiem (1, 2 / 50 μs, 10/1000 μs utt.), Ieskaitot augstfrekvences avionikas prasības.
Jaunas TCS ierīces nodrošina efektīvu ESD un sprieguma aizsardzības risinājumu. Pretstatā tradicionālajiem TVS diodēm, pastiprināta aizsardzība un funkcionalitāte nav saistīta ar tādu kapacitatīvo ierīču pievienošanu, kas samazina joslas platumu un samazina datu pārraides ātrumu. Izmantojot divpakāpju aizsardzības dizainu, kas apvieno TCS ierīces pašreizējās ierobežojošās īpašības ar TVS diode vai sprieguma diodes sprieguma ierobežojošajām īpašībām, tas nodrošina stabilāku, zemu izmaksu ķēdes aizsardzības risinājumu, nekaitējot ķēdes veiktspējai.

BY BY ANDY MORRISH, tehnoloģiju tehnoloģiju vadītājs, Semiconductor Products, Bourns, www.bourns.com