Ich habe mindestens fünf Fragen in Ihrer Frage gezählt. Ich werde versuchen, nur wenige zu beantworten.

Zu Beginn gibt es mehrere Ebenen von ESD-Ereignissen, die vom OEM der Geräte für unterschiedliche Umgebungen und andere Betriebsbedingungen festgelegt werden können, die alle in der Norm IEC 61000-4-2 klassifiziert sind.

Ja, das Steckverbinderdesign spielt eine wichtige Rolle bei der Ausfallrate elektronischer Geräte. Wenn ein Stecker über eine ordnungsgemäß verlegte Abschirmung verfügt und die Signalstifte im Inneren versenkt sind, besteht eine viel geringere Wahrscheinlichkeit, dass die Signale einem direkten ESD-Ereignis ausgesetzt sind, sodass möglicherweise weniger ESD-Schutz erforderlich ist.

Zweitens helfen TVS-Dioden auch dann, wenn sie eine Begrenzungsspannung von 20 bis 25 V haben. Dies ist immer noch deutlich weniger als die 4-kV-Entladung eines normalen Ereignisses zwischen Mensch und Körper, sodass sie durch internen Schutz einfacher zu handhaben ist.

Und ja, in den 80er Jahren betrug die Strukturgröße von Siliziumelementen von Transistoren 2000 nm, heute ist sie viel kleiner, 1/100 davon, was sie viel anfälliger für dieselbe ESD-Energie macht. Und nein, es gibt keine moderne "5V" MCU, moderne MCU sind "1V" MCUs. Die "5-V-tolerante MCU" ist die Explosion aus der Vergangenheit. Es gibt möglicherweise eine "5V" -tolerante MCU, aber entweder entspricht ihre Funktionalität nicht den modernen IoT-Anforderungen, oder Sie müssen dafür eine Prämie zahlen.

Die restlichen Fragen sind unbedeutende Details.

Kurz gesagt, Sie möchten wahrscheinlich, dass Ihr Produkt im Verbraucher- oder Industrieumfeld überlebt, und möchten sich nicht mit dem Austausch von Produkten und den damit verbundenen Kosten und dem Risiko befassen, das Geschäft einzustellen. Sie müssen sich entscheiden, ist Ihr Geschäft für Sie notwendig? Wenn ja, stellen Sie keine Fragen und nutzen besser alle gesammelten technischen Erkenntnisse, um Ihr Design vor ESD zu schützen.

Robustheit ist eine Designentscheidung, die Sie treffen.

Vergleichen Sie einen kleinen PIC / 74HC mit dem SOC in einem Himbeer-Pi oder

PIC oder andere kleine 5-V-Mikro- oder 74-HC-Logik: - geringe Anzahl von Stiften - viel Platz für breite Metallschienen - Hochstromstifte 50mA fähig = große Fet-Fläche - Echte CMOS-Schutzschaltung - Lädt statische Aufladung nur mit Diodenabfall auf das Netzteil ab - große Pads + große Transistoren = große Schutzdioden = großer Fehlerstrom - Der verwendete grundlegende cmos-Prozess ist 3,3 oder 5 V

SOC / Super-Micro / fpga - Bazillion Stifte zickzackförmige Bondpads, feine Metallisierung, um zwischen ihnen zu fädeln - kleine Fets, geringe Stromstärke. Muss so sein, da es so viele Stifte hat -? V-toleranter Eingang - geschützt durch eine Zeneranordnung: Statik wird in der Schutzdiode selbst abgeleitet und nicht zur Versorgung der Schienen abgeladen - winzige Bondpads und Fets = winzige Schutzstruktur = winzige Ausfallenergie. - Niederspannungs-Grundprozess 1,5 V - 2,5 V

^{simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>}

Also zusammenfassend:

Hi-Tech-Teile: 7-fache Verlustleistung in 1/10 des Pad- / Transistor- / Metallisierungsbereichs, in einem cmos-Prozess 2x mehr Spannungsempfindlichkeit = 140x weniger robust. [Flammenkrieg beginnt auf dem Parkplatz, wenn die Bar schließt]

Ja, es gibt einen großen Unterschied in der Notwendigkeit des Schutzes. Es gibt jedoch große Unterschiede in der Robustheit, und es sollten bewusste Entscheidungen getroffen werden.

Sie können die Wiederholung vieler TVS-Dioden für jede E / A-Leitung vermeiden, indem Sie kostengünstigere Dioden wie BAT54S zum Anschließen an die Signalleitung verwenden.Die Katode der oberen Diode ist mit einem gemeinsamen Fernsehgerät verbunden, das von mehreren E / A gemeinsam genutzt werden kann.Die gemeinsame Anode / Kathode-Verbindung verläuft zur Signalleitung.Schließlich geht die Anode der unteren Diode zu GND.

Benötigen Sie wirklich eine Ausgangsimpedanz von 33 Ohm für Ihre E / A.Wenn Sie dies nicht tun, können Sie einfach 10k setzen und vermeiden, dass Ströme einrasten, während interne ESD-Dioden die Arbeit erledigen.

• Faraday entdeckte, dass der Widerstand eines Ionisationsbogens umgekehrt zur Stromdichte war. Ich habe dies in Maxwells Buch A-Abhandlung über Elektrizität und Magnetismus gelesen ein eBooK.pdf

ESD-Schutz ist nicht trivial. Lernen Sie also so viel wie möglich und befolgen Sie die Best Practices.

Somit haben die Impedanz des Human Body Model (HMB) 100pF und des Cart-Modells von 300pF signifikant unterschiedliche Impedanzen in einem Entladungsereignis, nicht nur wegen C, sondern auch wegen der nicht angegebenen Grenzflächenstromdichte, die tatsächlich abhängig von E variiert Feld am Kontaktpunkt. Eine glatte Oberfläche hat eine etwa 3x höhere dielektrische Isolation zum Durchbruch als ein scharfer Punkt. Da der Spalt kleiner sein kann, hat der Strom eine geringere Ausbreitungswirkung und ist ein höherer Strom, eine höhere Dichte und eine viel schnellere Anstiegszeit und damit eine viel höhere Bandbreite. (RC = T = 0,35 / f). Entladungen in Dielektrika in großen ölgefüllten Transformatoren können >>10GHz überschreiten und umfassen auch das optische Spektrum

ESD-Ströme sind somit variabel, aber die Quellenenergie des Testmodells ist fest, wie durch C und V definiert, aber der Leistungspegel hängt davon ab, wie kurz die Impulsdauer wird.

Wir wissen auch, dass die Diodenkapazität umgekehrt zur Leistungskapazität und zum ESR der Diode ist. Aufgrund von Konstruktionsunterschieden wissen wir, dass TVS die besten (FOM) für zenerähnliche Qualitäten haben und winzige Schottky-Dioden mit zwei Stufen für ESR * C = T weiterhin die beste Lösung für CMOS-Kompromisse zwischen internem Schutz zwischen maximaler Geschwindigkeit und Maximaler Schutz. Schließlich müssen alle Dioden schneller als der CMOS-Latchup reagieren, um sie zu schützen. Die Größe begrenzt diese Dioden jedoch auf maximal 5 bis 10 mA Gleichstrom aus einer Gleichstromableitung. Absolutes Maximum.

So wie kommt es, dass zwei Stufen besser sind und für einen besseren Schutz das Hinzufügen von TVS dies verbessern kann?

Intuition und einfache Übertragungsfunktionen zeigen, dass das große Serien- / Nebenschlussimpedanzverhältnis jeder angelegten Spannung eine größere Dämpfung aufweisen kann als eine niedrige Serienimpedanz.

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Ratschläge

Wenn Sie den Schutz erheblich mit einer Serie R oder einer Ferritperle verbessern möchten, solange dies Ihre gewünschte Bandbreite nicht von L / R oder 1 / RC = 0,35 / f verschlechtert. Ein kleiner Wulst ist wie ein 100-pF-Shunt, erhöht jedoch die Anstiegszeit, damit die Shunt-Dioden schneller als die Eingangsanstiegszeit reagieren können.

Ich habe nicht genug Zeit, um mich den jüngsten Forschungen zu widmen und sie auf eine Seite zu reduzieren, aber es gibt laufende Forschungen, da die CMOS-Lithographie weiter schrumpft.

• Für den 65-nm-ESD-Schutz wurde eine neue Diodenstrangstruktur entwickelt. • Es besitzt eine 30% niedrigere Klemmspannung, eine 15% niedrigere Überschwingspannung bei sehr schnellem ESD-Impuls REF