与体系模仿输入跟输出节点交互感化的外置高压瞬变可能损坏体系中未采取充足维护办法的集成电路(IC)。古代IC的模仿输入跟输出引脚平日采取了高压静电放电(ESD)瞬变维护办法。人体模子(HBM)、呆板模子(MM)跟充电器件模子(CDM)是用来丈量器件蒙受ESD变乱的才能的器件级尺度。这些测试旨在确保器件能蒙受器件制作跟PCB拆卸流程中的静电压力，平日在受控情况中实行。本文援用地点：任务于恶劣电磁情况中的体系在输入或输出节点上须要蒙受高压瞬变——而且在从器件级尺度转向体系级尺度以实现高压瞬变鲁棒性时，传输到IC引脚的能量程度存在明显差别。因而，直接与这些体系输入/输出节点衔接的IC也必需采取充足的维护办法，以蒙受体系级高压瞬变。假如在体系计划中未能赶早斟酌这种维护机制，成果可能招致体系维护缺乏、产物宣布推迟、体系机能降落等成绩。本文旨在描写怎样维护敏感的模仿输入跟输出节点，使其免受这些IEC尺度瞬变的影响。图1. 面向精细模仿输入的体系维护。IEC 61000IEC 61000是有关EMC鲁棒性的体系级尺度。该尺度中波及高压瞬变的三个局部为IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4跟IEC 61000-4-5。这些是针对静电放电(ESD)、电疾速瞬变(EFT)跟浪涌的体系级尺度。这些尺度界说了在施加这些瞬变影响的情形下用于评价电子电气装备抗扰度的波形、测试方式跟测试级别。IEC 61000-4-2测试的重要目标是断定体系在运转进程中对体系外部的ESD变乱的免疫才能——比方，假如体系输入/输出打仗到带电人体、电缆、东西时。IEC 61000-4-2划定要应用两种耦合方式测试：打仗放电跟气隙放电。IEC 61000-4-4 EFT测试波及将疾速的瞬变脉冲群耦合到旌旗灯号线上，以表征与外部开关电路关系的瞬变烦扰，这类电路可能以容性方法耦合至旌旗灯号线。这种测试反应了开关触点颤动，或许由于理性或容性负载切换而发生的瞬变，而全部这些在产业情况中都很罕见。浪涌瞬变平日由开关操纵形成的过压情形或雷击形成。开关瞬变的原因可能是电力体系切换、配电体系中的负载变更或种种体系毛病（比方装置时与接地体系构成短路跟电弧毛病）。雷电瞬变的起因能够是邻近的雷击将高电流跟电压注入电路中。瞬变电压制制器瞬变电压制制器(TVS)能够用于克制电压浪涌。用于箝位高压瞬 变，使年夜电流绕过敏感电路。TVS的基础参数为：任务峰值反向电压：低于该值时不会产生明显导电景象的电压击穿电压：即是该值时会产生划定导电景象的电压最年夜箝位电压：器件上传导划定的最年夜电流的最年夜电压在体系输入或输出上应用TVS器件时要斟酌多个要素。ESD或EFT变乱会发生超快时光（1 ns至5 ns）的瞬变波形，在TVS器件箝位击穿电压之前，在体系输入上招致初始过冲电压。浪涌变乱存在差别的瞬变波形，回升时光迟缓(1.2 μs)，脉冲连续时光长(50 μs)；而且在该变乱下，将在击穿电压下开端箝位电压，但可能始终增年夜至TVS最年夜箝位电压。别的，TVS必需高于可能由接线过错、断电或用户过错招致的任何允许直流过压，以维护体系，使其免受该直流过压变乱的影响。全部三种情形都有可能鄙人游电路的输入上招致存在潜伏损坏感化的过压。模仿输入维护电路为了片面维护体系输入/输出节点，必需对体系停止直流过压跟高压瞬变维护。在体系输入节点用一个鲁棒的精细型过压维护(OVP)开关，加上TVS，能够维护敏锐的卑鄙电路（比方，模数转换器或缩小器输入/输出），由于如许能够阻断过压、克制未被TVS分流到地的残余电流。图2. OVP开关功效框图。图2表现了一个典范过压维护开关的功效框图；留神，该开关的ESD维护二极管未以其输入节点上的电源电压为基准。相反，它有一个ESD维护单位，在超越器件最年夜蒙受电压时激活，使器件能蒙受并阻断超越其电源电压的电压。因为模仿体系平日只有求开关的外向引脚采取IEC维护，以是，ESD维护二极管仍然保存在外向引脚上（标记为开关输出端或漏极其）。这些二极管能带来额定的利益，由于它们起到帮助维护器件的感化。在连续时光较短、回升时光快的高压瞬变（如ESD或EFT）进程中，因为瞬变电压会被箝位，以是电压不会达到卑鄙电路。在连续时光较长、回升时光慢的高压瞬变（如浪涌）进程中，在开关过压维护功效被激活、开关断开、使毛病完整与卑鄙电路分别之前，外部维护二极管会箝位开关的输出电压。图3表现了一个与外部接口的体系输入真个任务地区。最右边的地区（绿色）表现畸形任务区间，输入电压位于电源电压范畴以内。左起第二个地区（蓝色）表现输入端可能存在连续直流或长时光交换过压的范畴，起因是断电、接线过错或短路。别的，图中最右侧（紫色）是过压开关外部ESD维护二极管的触发电压。抉择的TVS击穿电压（橙色）必需小于过压维护开关的最年夜蒙受电压而且年夜于任何已知的可能连续直流或长时光交换过压，免得有意中触发TVS。图3. 体系任务地区。图4中的维护电路能够蒙受最高8 kV IEC ESD（打仗放电）、16 kV IEC ESD（氛围放电）、4 kV EFT跟4 kV浪涌。ADG5412F能够蒙受ESD、EFT跟浪涌瞬变招致的过压，过压维护电路与漏极上的维护二极管独特维护跟断绝卑鄙电路。表1展现的是ADG5412F在TVS击穿电压与电阻的种种组合下能够蒙受的高压瞬变电平。图4. 维护电路。表1. 测试成果（未在0 Ω电阻与33 V TVS及45 V TVS组合前提下停止IEC氛围放电测试）图4也展现了高压瞬变变乱进程中的种种电流门路。年夜局部电流畅过TVS器件分流到地（门路I1）。门路I2展现的是经由过程ADG5412F输出节点上的外部ESD耗费的电流，同时，输出电压被箝位于比电源电压高0.7 V的程度。最后，门路I3中的电流是卑鄙器件必需蒙受的残余电流程度。有关该维护电路的更多概况，请参阅ADI公司利用条记AN-1436。IEC ESD维护图5. 测试电路图6跟图7所示为在8 kV打仗放电跟16 kV氛围放电IEC ESD变乱在图5所示测试电路上的测试成果。如前所述，在TVS器件将电压箝位至54 V阁下之前，源引脚上有一个初始过压。在此过压进程中，开关漏极上的电压被箝位于比电源电压高0.7 V的程度。漏极电流丈量成果展现的是流入卑鄙器件二极管中的电流。脉冲峰值电流约为680 mA，电流连续时光约为60 ns。比拟之下，1 kV HBM ESD电击的峰值电流为660 mA，连续时光为500 ns。咱们因而能够得出论断以为，在采取这种维护电路的前提下，HBM ESD额外值为1 kV的卑鄙器件应当能蒙受8 kV打仗放电跟16 kV氛围放电IEC ESD变乱。图6. 8 kV变乱时期的漏极电压跟漏极输出电流。图7. 16 kV氛围放电变乱时期的漏极电压跟漏极输出电流。EFT 维护图8是在4 kV EFT变乱的一个脉冲的丈量成果。与ESD瞬变进程中产生的情形相似，在TVS器件将电压箝位至54 V阁下之前，源引脚上有一个初始过压。在此过压进程中，开关漏极上的电压再次被箝位于比电源电压高0.7 V的程度。在这种情形下，流入卑鄙器件中的脉冲峰值电流仅为420 mA，电流连续时光仅约为90 ns。同样与HBM ESD变乱比拟，750 kV HBM ESD的电压的峰值电流为500 mA，连续时光为500 ns。因而，在4 kV EFT变乱时期，能量被传输至卑鄙器件的引脚上，该能量少于750 kV HBM ESD变乱下的能量。图8. 单次脉冲的EFT电流。浪涌维护图9中是将4 kV浪涌瞬变施加到维护电路输入节点上时的丈量成果。如前所述，源电压可能增年夜并超越TVS击穿电压，始终到达最年夜箝位电压。该电路中的过压维护开关的反映时光约为500 ns，而且在这前500 ns的时光内，器件漏极上的电压被箝位于比电源电压高0.7 V的程度。在此时期以及约500 ns后，流至卑鄙器件的峰值电流仅为608 mA，开关封闭并使卑鄙电路与毛病断绝。同样，这里的能量少于1 kV HBM ESD变乱时期传输的能量。图9. 浪涌变乱时期OVP任务道理。论断本文描写了怎样根据IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4跟IEC 61000-4-5尺度的划定，对集成电路模仿输入跟输出停止高压瞬变维护。本文阐明了怎样计划体系输入输出维护电路，同时为用户带来如下利益：简化维护计划减速产物上市进步维护电路机能，增加分破元件数目减小旌旗灯号门路中的串联电阻阻值因为TVS计划窗口很宽，TVS抉择更便利到达下列尺度的体系-级维护IEC 61000-4-2 16 kV氛围放电IEC 61000-4-2 8 kV打仗放电IEC 61000-4-4 4 kVIEC 61000-4-5 4 kV交换跟连续直流过压维护高达±55 V失落电维护可达±55V