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上電期間注意電路的輸入電壓

星星科技指導員 ? 來源:嵌入式計算設(shè)計 ? 作者:Bonnie Baker ? 2022-08-10 16:33 ? 次閱讀
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電氣過應力 (EOS) 描述了由超出設(shè)備規(guī)格限制的電流或電壓對電氣設(shè)備造成的損壞。但是,讓我們回到底線。熱損壞表現(xiàn)為明顯熔化或燒焦的金屬、碳化的模塑料以及其他熱損壞跡象,例如金屬線和熔化或蒸發(fā)的鍵合線。

在電氣方面,該設(shè)備會以多種方式出現(xiàn)災難性故障:提供或吸收過多的電源電流,在電源電壓和地之間表現(xiàn)為低電阻,輸入或輸出引腳與電源或地短路,或與一個或多個引腳的連接斷開,在大多數(shù)情況下,是功能故障。EOS 事件可以是短暫的,僅持續(xù)幾毫秒,也可以在超出規(guī)范的情況持續(xù)存在時持續(xù)。EOS 可以由單個非重復事件產(chǎn)生,也可以是持續(xù)的周期性或非周期性事件的結(jié)果。

在之前的博客中,“使用 ESD 電路解決所有問題?買家小心!” 我們了解到 EMI 信號會干擾并使用簡單的運算放大器 (op-amp) 造成嚴重破壞。在該系統(tǒng)中,添加到注入 EMI 事件中的電路信號組合使器件的輸入級超出了電源規(guī)格。

EOS 事件的另一個應用場景是運算放大器的輸入信號先于電源電壓。緩沖器配置的放大器容易受到這種上電事件序列的影響(圖 1)。

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圖 1. 采用緩沖器配置的單電源放大器。

看一下圖 1,并想象電路板的輸入電阻為零歐姆。輸入電壓 (V IN ) 和隨后的電流 (I IN ) 通過信號非常小的源電阻 (R S ),然后直接進入運算放大器的同相輸入端。在理論上的放大器緩沖器配置中,放大器輸出電壓 (V OUT ) 將與放大器輸入電壓匹配。在實踐中,電源電壓遲到了,放大器的壓擺率會減慢這個過程。

如果未檢查來自輸入源的電流通過放大器,這種情況可能會損壞輸入 ESD 保護內(nèi)部晶體管。例如,假設(shè)電源在 50ms 內(nèi)從 0V 緩慢上升到 5V,而 3.5V 輸入信號在電源開始上升 5ms 后施加(圖 2)。

pYYBAGLzbVyAXeqKAAGARdVhKXc285.png

圖 2. 潛在不良 EOS 事件的時序圖。

在圖 2 中,這種情況的問題是輸入最初高于正軌電壓。這個高電壓開啟放大器的正 ESD 二極管,初始電流尖峰大于 30mA。在電流尖峰之后,電流從大約 17.5mA 緩慢衰減到 0mA。這種衰減一直持續(xù)到電源和輸入之間的電壓差略小于 0.6V。如果輸入源 (V IN ) 具有低阻抗 (R S ) 并且可以提供電流,則潛在的有害電流會流過 IC 走線、ESD 二極管和鍵合線。

這個漂亮的模擬指出了問題所在;然而,在現(xiàn)實生活中,您的放大器的走線和連接點被破壞了。所以,讓我們解決這個問題。通過包括 10kW 至 100kW 串聯(lián)輸入電阻器 (R IN ),它將保護輸入電路免受損壞。使用輸入串聯(lián)電阻,放大器輸入端的電壓將降低 R IN x I IN。

EOS 會在過壓、過流條件下對組件造成熱損壞。目前,沒有針對 EOS 條件的行業(yè)測試標準。為避免 EOS 麻煩,請在上電和斷電期間控制電源斜坡并監(jiān)控 I/O 引腳的狀況。正如我們在上一篇博客中所了解的,屏蔽敏感的高阻抗走線免受 EMI 的影響。這篇博客指出了一個常見的 EOS 上電條件和一個簡單的添加電阻器解決方案。

審核編輯:郭婷

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