此專題將從三個(gè)方面來(lái)分享：

一、電子系統(tǒng)性能要求與ESD問題

二、集成電路ESD問題應(yīng)對(duì)措施

三、集成電路ESD 測(cè)試與分析

工業(yè)、消費(fèi)及汽車電子模塊開發(fā)的 EMC 問題會(huì)導(dǎo)致極高的開發(fā)成本和時(shí)間浪費(fèi)。在開發(fā)過程中，為了解決 EMC 問題，需要投入大量的人力、物力和時(shí)間進(jìn)行測(cè)試、改進(jìn)和優(yōu)化，這增加了開發(fā)的復(fù)雜性和成本，同時(shí)也可能導(dǎo)致項(xiàng)目延期。

一、電子系統(tǒng)性能要求與ESD問題

l 電子模塊開發(fā)中的EMC問題：工業(yè)、消費(fèi)及汽車電子系統(tǒng)必須滿足不斷提高的性能要求。隨著智能化、電動(dòng)化的發(fā)展，這些電子系統(tǒng)需要處理更多的數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能。這就要求電子模塊具有更高的集成度、更快的處理速度和更低的功耗，從而增加了EMC問題的復(fù)雜性。

l 高性能需求下的IC應(yīng)用：由于電子系統(tǒng)對(duì)性能的要求不斷提高，越來(lái)越多的高度集成、ESD 敏感的集成電路（IC）被應(yīng)用于該領(lǐng)域。這些 IC 能夠提供更高的性能和更多的功能，但同時(shí)也更容易受到靜電放電（ESD）的影響。當(dāng) ESD發(fā)生時(shí)，可能會(huì)在IC內(nèi)部產(chǎn)生瞬間的高電壓和大電流，從而損壞 IC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其功能失效或出現(xiàn)異常。這些故障不僅會(huì)影響汽車電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還可能會(huì)導(dǎo)致安全隱患。

l ESD 對(duì)高度集成微控制器的影響：主要影響高度集成的微控制器敏感區(qū)域，其中振蕩器單元和鎖相環(huán)（PLL）單元對(duì)ESD過程非常敏感。振蕩器單元是微控制器的時(shí)鐘源，負(fù)責(zé)產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，而 PLL 單元?jiǎng)t用于對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行倍頻、分頻和相位調(diào)整等操作。如果這些單元受到 ESD 的影響，可能會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘信號(hào)的不穩(wěn)定或錯(cuò)誤，從而影響整個(gè)微控制器的正常運(yùn)行。目前的電子應(yīng)用在最壞情況下甚至無(wú)法達(dá)到 2kV 的ESD 抗擾度。這意味著在實(shí)際應(yīng)用中，即使是相對(duì)較小的 ESD 事件也可能會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備出現(xiàn)故障。特別是對(duì)于那些帶有散熱器的微控制器應(yīng)用，經(jīng)驗(yàn)表明它們特別敏感，因?yàn)樯崞骺赡軙?huì)增加 ESD 的耦合路徑，從而使 ESD 更容易影響到微控制器內(nèi)部的電路。

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散熱片對(duì) ESD 敏感性的影響：經(jīng)驗(yàn)表明，帶有散熱片的微控制器應(yīng)用對(duì) ESD 特別敏感（圖1）。圖 1顯示了 ESD 干擾的工作原理。這是因?yàn)?ESD 發(fā)生器會(huì)將干擾脈沖耦合到散熱片中，從而在散熱片和電子模塊之間產(chǎn)生電壓差，進(jìn)而在兩者之間產(chǎn)生電場(chǎng)干擾。由于散熱片與 IC 距離較近，在 0.2 至 1 毫米的范圍內(nèi)，這種高電場(chǎng)強(qiáng)度可能會(huì)導(dǎo)致 IC 失效。

圖 1 ESD 干擾的工作原理

圖2用場(chǎng)源檢測(cè)到的微控制器敏感區(qū)域

手動(dòng)對(duì)電場(chǎng)源集成電路（IC）進(jìn)行檢測(cè)將會(huì)發(fā)現(xiàn)，鎖相環(huán)（PLL）和振蕩器區(qū)域特別敏感。對(duì)IC故障進(jìn)行的相應(yīng)分析證實(shí)了鎖相環(huán)和振蕩器存在故障。

根據(jù)圖 1 中的示例，以將靜電放電（ESD）抗擾度定位到相應(yīng)的故障部分：

l 振蕩器單元的 2 KV ESD

l PLL 電池單元的 3 KV ESD

下一篇將接著分享《ESD問題應(yīng)對(duì)措施》。

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審核編輯 黃宇