Verwirrung der ESD-Schutzdiodenschaltung

In der folgenden Schaltung verstehe ich, dass bei einer Spitze oder einem Anstieg der Datenleitung über Vcc die obere Diode leitet und die Spannung in den Pfad fließt, um den nachgeschalteten IC/Schaltkreis zu schützen.

Aber wie fließt diese Spannung in die obere Vcc, die wahrscheinlich eine Stromversorgung ist? Oder übersehe ich etwas?Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Eine „Spitze“ und ein „anhaltender Anstieg“ sind unterschiedliche Dinge und erfordern unterschiedliche Lösungen. Die gezeigte Struktur ist nur für kurze ESD-Spitzen gut, vorausgesetzt, es gibt einen guten Bypass-Kondensator mit niedrigem ESR von Vcc zu GND in unmittelbarer Nähe zu Dioden.

Antworten (4)

Es gibt "Vier-Quadranten" -Netzteile, die das können, was Sie Ihrer Meinung nach nicht tun, aber selbst wenn die Versorgung nicht so ist, wird die Energie zum Laden der Kapazität zwischen Vcc und GND verwendet (sowohl der Ausgangskondensator des Netzteils als auch die Entkopplung der Platine).

Dies ist besser, als keinen Schutz zu haben, da die Energie eines ESD-Ereignisses verteilt wird, sodass die Spannung an jedem Punkt viel kleiner ist.

Vcc wird für einen Moment etwas höher sein, aber das hat wenig Auswirkung.

Was ist, wenn die Überspannung nicht kurzzeitig, sondern über einen langen Zeitraum konstant ist? Würde diese längere Erhöhung des Vcc an anderer Stelle Probleme verursachen?
Wenn die Überspannung über einen langen Zeitraum konstant ist, ist es sehr unwahrscheinlich, dass sie durch ESD verursacht wird.
Sie benötigen keine Vier-Quadranten-Versorgung, solange der in die Vcc-Schiene eingespeiste Klemmstrom unter dem Stromverbrauch des gesamten Schaltkreises liegt. Eine einfache KCL beweist, dass die Stromversorgung bisher immer noch Strom liefert.

Was Sie vermissen, sind zwei Dinge, (a) dass die ESD-Spitze normalerweise von einem kleinen Kondensator erzeugt wird (industriell akzeptiertes "Human Body" -Modell ist 100 pF ) und daher kurz ist ( 100 ns typisch ) und (b) dass jeder Stromversorgungsschienen haben beträchtliche Bypass-Kondensatoren (mindestens 100.000 pF und viel mehr). Im Falle einer ESD-Spitze wird die kurz anhaltende Ladung also leicht von diesen Kondensatoren "absorbiert", ohne dass Vcc merklich ansteigt.

Tatsächlich wird dringend empfohlen, die 0,1-uF-Kappen in unmittelbarer Nähe zu ESD-Schutzdioden zu platzieren.

Wenn Sie meinen, wie man einen Eingang vor lang anhaltender Überspannung schützt , dann sollte der Signalweg eine Art schaltbarer Spannungsteiler haben. Ein Beispiel wäre dieses US-Patent , wo ein N-MOS-Transistor den Eingang im Wesentlichen trennt, wenn er über die Gate-Schwellenspannung geht.

Danke, ich hatte den Eindruck, dass diese Schaltung sowohl ESD als auch ein Überspannungsereignis verursachen würde. Verwirrung entstand dadurch, dass man daran gewöhnt war, ein TVS für ESD zu sehen
@ohmmy, diese Schaltung kann zum Schutz vor Überspannung verwendet werden, wenn Sie sich im Voraus einen Begrenzungswiderstand von beispielsweise 200 Ohm leisten können, sodass die Eingangskapazität Ihres ICs Ihre Signalflanken nicht stark beeinträchtigen würde. Bei Signalen unter 10-30 MHz sollte das kein Problem sein.

Der springende Punkt der ESD-Dioden / -Geräte besteht darin, die interne Schaltung zu schützen, die sich in Ihrer Abbildung im TTL-CMOS-Block befindet. Eine Spannungsspitze am E/A-Pad beschädigt zwangsläufig die Gate-Oxide der Mosfets/Transistoren im Schaltungspfad. Um dies zu vermeiden, wirken die Dioden als Pfad mit sehr niedrigem Widerstand für Spannungen, die höher als Vcc und niedriger als Gnd sind. Wenn das Pad mit einer höheren Spannung als Vcc angesteuert wird, leitet die obere Diode einen enormen Strom und schützt die interne Schaltung vollständig, da ihre Look-In-Impedanz im Vergleich zu den Diodenpfaden ziemlich hoch ist. Das gleiche gilt, wenn das Pad eine negative Spannungsspitze hat.

Die meisten Schaltkreise der CMOS-Technologie haben ggNMos-basierte Konfigurationen als ESD-Schutz, der ähnlich wie im obigen Fall wirkt.

Ja, aber was ich mich gefragt habe, ist, wenn am E / A-Anschluss eine Spannung anliegt, die höher als Vcc ist, wohin geht sie, wenn die obere Diode leitet? Es wurde lediglich mit der vorhandenen Vcc-Spannung verschmolzen? Verursacht das keine Probleme, da es hinzugefügt wird?
Stellen Sie sich die Vcc-Quelle als eine unendliche Versorgung mit positiven Ladungen vor, da es sich um eine Batterie mit guter Energiebewertung handelt. Nun, die Spitze, die Sie auf dem Pad sehen, hat im Allgemeinen eine sehr kleine Energiemenge, da sie nur für kurze Zeit auftritt. Wenn dies der Fall ist, wird die Vcc-Quellenspannung beeinflusst, wie Sie denken, aber die Größe ist aufgrund der Energieunterschiede zwischen ihnen sehr gering.
Was ist, wenn es länger als eine kurze Zeit ist? Als ob es nicht nur ESD ist, sondern irgendwie eine Überspannungssituation am Signaleingang?
@ohmmy, wenn eine konstante Spannung höher als Vcc vorhanden ist, ist dies nicht als ESD-Ereignis zu betrachten, da es anscheinend fälschlicherweise aus einer anderen Quelle stammt, bei der das Pad nicht mit einer konstanten Spannung höher als Vcc versorgt werden soll.
@ohmmy Aber wenn die Spannung am Pad innerhalb des Durchbruchbereichs der Schaltungselemente im CMOS-Block liegt, können Sie sich wahrscheinlich vorstellen, dass ein konstanter Stromverlust vom Pad zu Vcc auftritt, der dann von den Spezifikationen abhängt das I/O-Pad, wie viel Strom gezogen werden kann usw.
Diese Diodenanordnung dient also nur dem ESD-Schutz? Überspannungsproblem wäre nicht geschützt?
Ja, es kann nur vor ESD-Streiks schützen.

Die Frage war: "Wie fließt diese Spannung in die obere Vcc?" Die Dioden allein würden den Eingang nicht schützen. Es gibt auch ESD-Klemmen, die nicht in Ihrem Stromkreis ertrinken. Diese Klemme kann sehr schnell reagieren und schließt VCC mit einem sehr geringen Widerstand gegen VSS/GND kurz, sobald ein ESD-Ereignis erkannt wird. Dort fließt der Strom**.

ESD-Schaltungen sollten die Chips schon schützen, bevor sie auf einer Leiterplatte montiert werden, daher gibt es nicht immer eine große Bypass-Kappe.

Beachten Sie auch, dass die Dioden wirklich öffnen, wenn ihr Durchlassspannungsabfall sich einem Schwellenwert annähert, der typischerweise bei etwa 0,6 V liegt.

Endnoten:

  • Ich bin von einer Einzelversorgung ausgegangen. Bei mehreren Versorgungsdomänen wird es etwas komplizierter, aber das Prinzip bleibt gleich.

  • An einem Gerät fallen Spannungen ab, während Strom fließt.

Verwirrung der ESD-Schutzdiodenschaltung
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