Effizienter und systematischer Schutz vor ESD
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Effizienter und systematischer Schutz vor ESD
Es besteht eine invers proportionale Beziehung zwischen der Länge der Leiterbahn und der Energie des ESD-Impulses, die schließlich am E/A-Pin des Chips ankommt. Bei zunehmender Länge der Leiterbahn verringert sich die Stärke des ESD-Stromstoßes am Chip, was den Chip weniger belastet. Aus diesem Grund sollte das ESD-Entstörbauteil direkt hinter dem Steckverbinder angebracht sein. Es sollte das erste Bauteil auf Leiterplattenebene sein, das der ESD-Stromstoß erreicht. Außerdem sollten sich die zu schützenden ICs so weit wie möglich davon entfernt befinden.
Auch bezüglich Betriebsspannung sind einige wichtige Parameter bei der Auswahl beispielsweise einer ESD-Diode zu berücksichtigen. Solch ein Bauteil besteht im Wesentlichen aus einer modifizierte Zener-Diode, die hohe Ströme für sehr kurze Zeiträume handhaben kann, und deren Zener-Spannung gleichzeitig ein wenig über der maximal zulässigen Betriebsspannung (etwa 10% bis 15%) des zu schützenden Schaltkreises/der zu schützenden Leitung liegt. Die Zener-Spannung wird bei einem Prüfstrom üblicherweise zwischen 1 mA und 10 mA gemessen.
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Betriebsspannung als Kriterium
Viele Datenleitungen mittlerer Geschwindigkeit arbeiten bei einer Nennspannung von 3,3 V oder 5 V. Im Allgemeinen können die jeweils zu schützenden E/A-Pins für sehr kurze Zeit und je nach IC etwas mehr als das Doppelte des Nennwerts handhaben.
In diesem Fall müssen wir daher eine ESD-Diode mit einer maximalen Sperrarbeitspannung (Vrwm) wählen, die größer als die maximale Betriebsspannung (Vbr,max) und kleiner als die absolute maximale Spannung des zu schützenden Pins (schlimmster Fall) ist.
Die ESD-Diode »ESD9 M5.0ST5G« von ON Semiconductor zeigt die für diesen Fall erforderlichen Eigenschaften (Bild 5): Vrwm = 5 V, Vbr,min = 5,8 V bei It = 1 mA, eine maximale Kapazität von 2,5 pF sowie einen maximalen Leckstrom Ir von 1 μA bei Vrwm. Ihre ESDFähigkeit ist 10 kV (max.) (Berührungsentladung, IEC 61000-4-2).
Eine weitere Option ist die »TransGuard«-Familie von AVX (Bild 6). Ihr Vorteil besteht in den unterschiedlichen Spannungseigenschaften, einschließlich Durchschlagspannung, die sich in einem einzigen Herstellungsprozess erreichen lassen, wodurch sich die Produktionskosten verringern, die Ausbeute steigt und dem Kunden wettbewerbsfähige Preise angeboten werden können. Die SMD-Gehäuse der TransGuard-Familie reichen von 0402 bis 1210, für Arbeitsspannungen von 3,3 V bis 60 V und Blockierspannungen von 12 V bis 120 V. (rh)
Andrea Renditore
ist Field Application Engineer bei
Future Electronics (Italien)
Telefon 089/95 72 70
www.futureelectronics.com/europe
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So besteht der Verbundbaustein »NUF2116MN« von ON Semiconductor zum Beispiel aus einer EMV-Filtergruppe für Stereo-Audiosignale und einem ESD-Diodenschutz (Bild 1). Das Bauteil eignet sich für Mikrofon/ Lautsprecher-Anwendungen in schnurlosen Telefonen, MP3-Playern, PDAs, usw. Es bietet maximalen ESD-Schutz von 30 kV (gemäß IEC 61000-4-2, Berührungsentladung) mit einer üblichen Kapazität pro Diode von 50 pF bei 1 MHz. Ein weiteres Beispiel für langsame Datenübertragung, in dem die Kapazität des Entstörbauteils nicht von hoher Bedeutung, der ESD-Schutz jedoch sehr wichtig ist, besteht in dem Busleitungsschutz bei LIN 2.0 (max. 20 kBaud) für Automobil-Anwendungen. Das Diodenarray »PESD1LIN« von NXP Semiconductor eignet sich hier, weil es eine asymmetrische Konfiguration nutzt, um ein LIN-Steuergerät vor EMI und ESD zu schützen (Bild 2).
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