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嵌入式核心板开发之ESD静电保护

关键词:嵌入式核心板 ESD静电保护

时间:2023-01-17 15:25:07      来源:ZLG致远电子

ESD(Electrostatic Discharge Protection Devices),静电保护元器件,又称瞬态电压抑制二极管阵列(TVS Array),是由多个TVS晶粒或二极管采用不同的布局设计成具有特定功能的多路或单路ESD保护器件,主要应用于各类通信接口静电保护,比如USB、HDMI、RS485、RS232、VGA、RJ11、RJ45、BNC、SIM、SD等接口中。

在电子产品开发中ESD静电防护是不可或缺的一环,下面为大家简单介绍核心板产品开发时有用的ESD二极管知识和技巧。

▌ESD管的介绍

ESD(Electrostatic Discharge Protection Devices),静电保护元器件,又称瞬态电压抑制二极管阵列(TVS Array),是由多个TVS晶粒或二极管采用不同的布局设计成具有特定功能的多路或单路ESD保护器件,主要应用于各类通信接口静电保护,比如USB、HDMI、RS485、RS232、VGA、RJ11、RJ45、BNC、SIM、SD等接口中。

ESD静电二极管特性

1. 低电容:结电容低,通常在PF级别;
2. 快速的响应时间:通常在ps级;
3. 封装体积小,小型化器件,节约PCB空间;
4. 灵活度高,可以根据应用需求设计电容、封装形式、浪涌承受能力等参数。

ESD静电二极管选型指南

1. ESD静电二极管的截止电压VRWM要大于等于电路中最高工作电压;
2. 脉冲峰值电流IPP和最大箝位电压VC的选择,要根据线路上可能出现的最大浪涌电流来选择合适IPP的型号,需要注意的是,此时的VC应小于被保护晶片所能耐受的最大峰值电压;
3. 用于高速信号的保护时,还要注意所传输信号的频率或传输速率,当信号频率或传输速率较高时,应选用低电容系列的ESD静电二极管;
4. ESD有单向(A)和双向(C)之分,根据工作的信号进行选择,单极性的信号可以选择单向的 ESD或双向的ESD, 双极性的信号要选择双向的ESD。

选型基本原则

致远电子嵌入式核心板产品M3568工控核心板,拥有成熟的设计案例可供参考,其中的接口均设计了ESD保护电路,并通过了静电测试,保证产品的持续稳定运行,可以放心使用。

1. 如通用外设串口的ESD设计, 采用通用的低速ESD二极管,截止电压3.3V,钳位电压12V,结电容100pF,通过100欧串阻配合降低峰值电压,参考设计如下:


图1 嵌入式核心板M3568 UART口ESD设计参考

2. 如SDIO高速信号的ESD设计, 使用低结电容的高速信号专用ESD保护器件,可令SDIO的通信质量不受影响,参考设计如下:


图2 嵌入式核心板M3568 SD/MMC设计参考

3. 如HDMI高速信号的ESD设计, 采用HDMI专用的接口保护器件,除了提供ESD防护之外,还能给EDID信号提供隔离和电平转换,参考设计如下:


图3 嵌入式核心板M3568 HDMI设计参考

ESD保护设计小结

ESD二极管广泛应用于通信、安防、工业、汽车、消费类产品、智能穿戴设备等电子产品的通信线及 I/O 口等静电保护。使用致远电子的嵌入式核心板产品,可获得全面可靠的硬件设计参考和配套软件驱动,提供的配套评估底板均经过严格的EMC测试,可提供测试报告。此外还会提供贴心的技术支持,诸如原理图检查、协助故障调试、特殊需求订制等,助您扫除产品研发途中的一切障碍。

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