ESD
關注創建者：李志國 創建時間：2018-06-26
ESD的視頻教程
面向航空航天與國防工業的電子系統設計網絡研討會系列
航空航天和國防工業中通信、控制和目標系統定位、威脅探測、資產跟蹤、健康監測以及戰區作戰等先進的電子系統設計（electronic systems design, ESD）至關重要。這些先進的電子系統通常需要多個高保真天線，并要求其集成在不同設備、系統或車輛內時具有高度抗干擾能力，以獲得最大的信號強度和系統可靠性。
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ESD的實例教程
用于ESD保護的VIA布局
如果無法實現理想的布局，可接受的折中方案是按以下方式將 ESD 電流強制流向 TVS：雖然這種布線對于 ESD 保護來說并不完美，但如果沒有其他選擇，也可以采用這個方式。
使用VIAS妥協路由
4、放置ESD 抑制器
選擇與電路電氣特性兼容的 ESD 抑制器后，下一個需要考慮的是放在哪里。放置時應使 IC 在發生 ESD 時接收到盡可能低的電壓浪涌。
對于中頻信號和典型的 ESD 脈沖，PCB 走線就像電感一樣，意味著它們的阻抗隨頻率 (ωL) 增加。帶有 TVS 二極管的電路現在如下所示：
線路電感對 ESD 的影響
從上圖中我們可以清楚的看到，當L2>>L1時，二極管會快速觸發。這也意味著大部分電流將被引導離開受保護線路，L2 還將耗散留在受保護線路上的任何 ESD。
這意味著我們需要將 TVS 二極管放置在盡可能靠近可能發生 ESD 的位置。ESD 抑制器連接到線路或地的電感應該最小。ESD脈沖的能量隨著走線長度的增加而降低，因此ESD抑制器與被保護IC之間的走線長度應盡可能長。
5、ESD 源和抑制器之間正確添加過孔
如果 ESD 源和抑制器之間有過孔，過孔也會導致耦合到未受保護的線路。理想情況下，ESD 源和抑制器之間不應有任何過孔，因為它會增加線路的長度，從而導致線路上的電感增加。這有兩個不利影響：
會增加被保護線路中的ESD脈沖能量
會通過 EMI 增加未受保護的線路產生的信號
如果工程師沒有其他辦法，必須要添加過孔，那么就必須要確保保護線和抑制器在PCB的同一個側，且源極在過孔后連接保護線（下圖中的案例一）。
展開 如上圖是我們在電路中最常見的處理靜電的防護電路，給接口器件添加esd進行接地。
1）當我們的系統沒有受到干擾時，電路正常工作，ESD器件可以忽略，幾乎不起作用
2）當外部接口電壓超過ESD器件的擊穿電壓（VBR）,ESD器件開始起作用，并將電流分流到地。
對于ESD，我們應該如何進行一個選型呢？
ESD主要分為四類：TVS二極管、壓敏電阻、MLCC、ESD抑制器，各個器件的應用場景也不太一樣，我們最常用的esd器件就是tvs二極管了。
1）工作電壓，
選擇ESD器件應該選擇系統工作電壓小于ESD器件的工作電壓（VRWM），例如系統是0~5V，那么我們應該選擇工作電壓（VRWM）大于5V的TVS。
2）信號類型
單向ESD器件和雙向ESD器件的選擇，雙向ESD器件可以通過正負擊穿電壓（VBR）的信號，而單向ESD器件只可以通過正擊穿電壓（VBR）的信號，如果通過負的就會造成ESD器件擊穿。
展開 為了消除靜電釋放(ESD)對電子設備的干擾和破壞,需要采取多種技術手段進行防范。
在PCB板的設計當中,可以通過分層、恰當的布局布線和安裝實現PCB的抗ESD設計。在設計過程中,通過預測可以將絕大多數設計修改僅限于增減元器件。通過調整PCB布局布線,能夠很好地防范ESD。以下是一些常見的防范措施。
幾種典型的通用ESD保護電路
CAN Bus保護
數據線及接口保護
分享個人的ESD保護9大措施
最近在做電子產品的ESD測試，從不同的產品的測試結果發現，這個ESD是一項很重要的測試：如果電路板設計的不好，當引入靜電后，會引起產品的死機甚至是元器件的損壞。以前只注意到ESD會損壞元器件，沒有想到，對于電子產品也要引起足夠的重視。
ESD，也就是我們常說的靜電釋放(Electro-Static discharge)。從學習過的知識中可以知道，靜電是一種自然現象，通常通過接觸、摩擦、電器間感應等方式產生，其特點是長時間積聚、高電壓(可以產生幾千伏甚至上萬伏的靜電)、低電量、小電流和作用時間短的特點。對于電子產品來說，如果ESD設計沒有設計好，常常造成電子電器產品運行不穩定，甚至損壞。
展開 ESD 是SIS的一部分，算是比較重要的組成部分 SIS=ESD+ 中間連線+現場儀表或者執行機構。
ESD叫SIS是不太合理的叫法
現在很多項目要求SIS系統達到SIL3，光是ESD達到SIL3是不夠，還需要現場的儀表達到該等級，并且構成的整個控制回路達到SIL3.
ESD 剛進入國內的時候應該是ICS做得好，后來是HONEYWELL，然后是康吉森代理的triconex，2000以后HIMA才進來。最近好像triconex和HIMA的 市場份額要多點吧。
另外ITCC是康吉森提出的叫法，由于跟IEC61508和11里面的內容有點沖突，據說現在設計院又開始改叫CCS了。參考電力系統ETS+DEH模式，我個人認為，壓縮機控制還是控制和保護分開的好，采用 ESD+調速+防踹就練油廠的PCS（過程控制系統）情況來說，整個練油廠綜合控制系統由DCS，ESD，CCS，MMS及CGTCS組成，DCS承擔控制的核心。Esd（Emergency Shutdown Device）------緊急停車系統（包括SOE），獨立于DCS系統，是SIS（SIS, safety instrumented system）:安全儀表系統主要組成在工藝發生危險狀況時，對管線及設備緊急的關啟，實現保護。在設計上從系統結構及通訊方式上與DCS不同，采用三選二（2-o-o-3 voting）Triconex系統及HART 通訊方式，與DCS進行以太網通訊。為保證全廠協調安全運行，ESD系統還需和CCS（壓縮機控制系統），MMS（機器監視系統），CSTCS（燃氣輪機控制系統），及MCC（電機控制中心）通訊，完成安全保護要求。
SIS是安全儀表系統，ESD屬于SIS的一部分。
展開 當一個物體接近帶高強電荷的物體或高能量的ESD時發生感應起電。
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ESD對功率MOSFET的危害
故障模式
功率MOSFET最大的運行優勢之一是：當達到ESD超高輸入電阻時（典型值> 4 x 109 ohms)，它會關閉。功率MOSFET的柵極可以視為一個低電壓（HEXFET器件電壓為+ 20V）低泄露的電容。如圖1所示，電容器極板主要由硅柵極和源極金屬化形成。電容器介質是氧化硅柵極絕緣。
圖 1. HEXFET 基本結構
當柵源電壓高到跨過柵介質時，MOSFET發生ESD損壞。此時柵氧化層上的微孔被燒壞，器件永久性損壞。如同任何電容，必須給功率MOSFET的柵極充電以便達到特定的電壓。更大的器件有更大的電容，電壓每上升一伏也需要更多的電荷，因此比較小的MOSFET更不容易遭受ESD損壞。同樣，靜電放電一般不會產生突發性失效，除非柵源電壓超出額定最大值的2到3倍。
圖2a是典型的ESD損傷場景。這個場景是將人體模型（HBM)充電到700V，然后再放電到器件的柵極所產生的損傷。在將裸片表層從多晶硅剝離后，用掃描電子顯微鏡放大5000倍拍攝了該照片。圖2b顯示在剝離之前，裸片表面無任何可視性損傷。圖2a的實際損傷直徑僅為8微米。ESD損傷表現出的電氣癥狀是柵極和源極之間的低電阻或齊納效應，施加的電壓小于±20伏。
造成ESD損傷所需的電壓至少為1000 V（具體大小取決于芯片尺寸）。這是由于承載電荷的體二極管的電容大大低于MOSFET的Ciss，因此當電荷轉移時，所產生的電壓就會遠低于原始電壓。
靜電場也會損壞功率MOSFET。雖然故障模式是ESD，但MOSFET的損壞是因為將FET的未保護柵極放置在電暈放電路徑中引起的。
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ESD的最新內容
具備高抗干擾，顯示效果好，靜電耐壓高等優良特性，可替代市面上大部分LCD驅動芯片，ESD防護能力達5.5KV。
?Level shift - iML7278的特性：
DVDD工作范圍：2.6V～5.5V
VGH/VGL工作范圍：-20V～45V
高電平45V 低電平-20v 上升/下降時間200ns(MAX)
支持8-CH CLK,2-CH ST, 2-CH LC, VSSG
支持1個CLK輸入，4/6/8個CLK輸出
CLK N/1/2/3線預充，1/2/4線
ESD
新思科技 Totem?SC? 針對大規模 N2 制程設計及嵌入式存儲器，提供超高容量的模擬電源完整性簽核能力；同時，新思科技 PathFinder?SC? 將多芯片靜電放電（ESD）簽核覆蓋范圍擴展至 N2 節點。基于云的多處理器與 GPU 加速進一步縮短了周轉時間，使多物理場設計團隊能夠在復雜且受熱約束的三維封裝結構中實現快速迭代。
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7/21 | Ansys電磁兼容方案與應用實踐更新
講師簡介：
張偉 | Ansys主任應用工程師
主題簡介：介紹Ansys EMC仿真解決方案，包括HFSS/Maxwell/SIwave/Q3D等AEDT模塊以及EMC Plus軟件在功率電子、汽車電子、通信家電等領域的EMC仿真應用場景，覆蓋封裝級EMC、部件級EMC、板級系統的CE/RE /ESD
Ansys HFSS可對月球著陸器上天線的性能進行仿真
新思科技與EMA公司的聯合工作，旨在降低艙外活動（EVA）系統（尤其是航天服）面臨的風險，這些風險主要來自月壤（月球風化層）相互作用產生的摩擦起電，以及空間等離子體環境引發的電荷積累和靜電放電（ESD）。
多種封裝可選：SOT23-6L (2.92x1.60x1.10, e=0.95)和DFN-6L(2.00x2.00x0.75, e=0.65)，符合RoHS標準
輸入電容檢測精度高達0.1pF
通過無鉛認證
內置ESD防護電路，HBM高達±8000V
智能靈敏度校準；低功率增強器
激活低/高功能；擁有切換功能
支持智能靈敏度校準，自動適應金屬面板、厚玻璃（厚達8mm）等復雜介質
在ESD抗擾度試驗過程中或完成后，光模塊出現下列任意一種情況即判定為失效：出現誤碼；出現暫時性誤碼且恢復時間在1秒以上；出現告警顯示丟幀，并且重新開機不能恢復；光模塊不工作。這些明確的判據為可靠性測試提供了客觀的評價基礎，避免了主觀判斷的偏差。
工業級可靠性：-40°C至+85°C溫度范圍，集成ESD防護與電源失效復位功能。
關鍵功能需求:
高精度光譜分析?：需支持可見光范圍（通常400-700nm）的精細測量。
?動態環境適應性?：抗環境光干擾（如配備偏振濾光片或遮光罩）。
?快速響應?：適用于高速生產線（如掃描頻率需達kHz級）。
?多通道輸出?：支持RGB、Lab值或光譜數據輸出，便于集成到調理系統。
抗干擾與防護
ESD：>4kV；EFT：>4kV；Class?A 抗擾度。
內置射頻濾波與基帶處理，適合工業 / 消費復雜環境。
32 位 MCU 與存儲
內核：32 位 ARM 架構 MCU，最高主頻 64MHz。
Flash：128KB（支持程序存儲、OTA 升級）。
工業級可靠性：-40°C至+85°C溫度范圍，集成ESD防護與電源失效復位功能。
