MAX2140內(nèi)部ESD二極管的保護(hù)電路設(shè)計(jì)
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概述
在進(jìn)行裝配、測(cè)試和故障處理時(shí)，有時(shí)需要對(duì)max2140 sdars接收器進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)操作。其中一個(gè)例子就是熱插拔操作，即在不關(guān)閉電源的情況下，直接將該器件與電路進(jìn)行連接或斷開連接。熱插拔操作在汽車電子領(lǐng)域尤其常見，因?yàn)椴考哪K化設(shè)計(jì)，模塊之間的距離以及多個(gè)系統(tǒng)同時(shí)工作的需求，常常需要重新連接模塊。
熱插拔操作如何導(dǎo)致二極管失效
熱插拔操作會(huì)導(dǎo)致瞬變，包括較大的電壓、浪涌電流、振鈴以及極性倒置。而這些瞬態(tài)過程的背后是能量交換、有限的充電/放電時(shí)間和自激等物理現(xiàn)象。
圖1所示是max2140的一個(gè)熱插拔操作。
在進(jìn)行熱插拔操作時(shí)，電纜接頭會(huì)產(chǎn)生壓降(如圖中紅色箭頭所示)。與此同時(shí)，天線模塊內(nèi)部的旁路電容呈短路狀態(tài)。這樣就會(huì)導(dǎo)致max2140電氣地的電位高于天線模塊的電氣地。而max2140的內(nèi)部esd二極管與該ic的接地引腳16連接，所以這種地電位差就會(huì)在該二極管上產(chǎn)生一個(gè)短時(shí)間的正向電壓。該正向電壓的尖峰可能會(huì)超過器件的絕對(duì)最大額定值，即所謂的電過載(eos)。二極管的正向電壓規(guī)定為-0.3v到+4.3v
(vcc_xx至gnd、 vinant至gnd、agcpwm至gnd、voutant至gnd)。設(shè)計(jì)仿真表明-1.3v、電流為72ma時(shí)允許短時(shí)間的工作。
防止esd二極管失效的設(shè)計(jì)
防止eos的方法因具體應(yīng)用的不同而不同。這里所推薦的是一些常規(guī)設(shè)計(jì)改進(jìn)措施：
避免使用過多的電抗，如：儲(chǔ)能元件、旁路電容、rf噪聲抑制電感、較長(zhǎng)的連接線等。
使浪涌電流繞行：為每一模塊提供較短的直接接地路徑；增加外部二極管，使其與內(nèi)部二極管并聯(lián)；將二極管跨接在大的線圈上。
順序供電：按順序依次打開電源；為內(nèi)部用戶推薦可編程延遲(maxim擁有眾多的電源排序產(chǎn)品)。
以下設(shè)計(jì)實(shí)例(圖2)表示具有本地環(huán)路的max2140，增添的肖特基二極管能夠旁路浪涌電流。
具體的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施是：
max2140接收器和天線模塊之間的電纜只有0.5的電阻而沒有電感。
天線模塊具有一個(gè)100μf的旁路電容。
天線模塊的5v電源由max2140接收器提供。
讀者可能會(huì)問，在最初的40μs瞬態(tài)過程中，通過電容的最大電流和電纜的最大壓降分別是多少。這些值可以通過以下表達(dá)式得到：
該例子在電流為12.5a時(shí)電壓是6.25v，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了內(nèi)部esd二極管能夠允許的瞬態(tài)指標(biāo)。外加一個(gè)肖特基二極管可以將瞬態(tài)過程中的絕大多數(shù)浪涌電流旁路掉?？梢赃x擇適合脈沖應(yīng)用的肖特基二極管，基于圖2設(shè)計(jì)，當(dāng)用一個(gè)適當(dāng)電容將最大浪涌電流減小到一個(gè)可接受的范圍時(shí)，使用一段短電纜即可以顯著減小阻抗和壓降。
結(jié)論
對(duì)于器件的非標(biāo)準(zhǔn)使用(如max2140接收器的熱插拔操作)中出現(xiàn)的問題，我們需要用相應(yīng)的方法來解決。為了成功實(shí)現(xiàn)器件的非標(biāo)準(zhǔn)使用，必須在maxim支持和同意的情況下，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)計(jì)和合理的測(cè)試。
評(píng)論