ESD保护解决问题：每次一个汽车模块

在一天的工作正式开始前，粗略地浏览电子邮件，看到一连串报价、样品、项目和其他要求。对我来说，总是突颖而出的一个要求通常包含“帮助”和“ESD”两个词。这特殊的请求是在艰难的时刻产生，然而我忍不住笑了，因为这对一个ESD保护器件的制造商恰好是绝佳商机。

静电放电（ESD）可能发生在电绝缘的物体，如一个人由于摩擦而带电和在接触到接地金属物体时突然放电。静电电位可高达30 kV，而由此产生的放电是非常短的，通常为100 ns，峰值电流可高达100 A。我们都以不同的形式经历过ESD，当我们走路回家触摸门把手时产生静电，随后被电到。这可能会瞬间疼痛，能量通过空气切割的轻微的蓝色火花用科学解释“相当酷”。但想象一下，当您从车里出来，靠在车身上加油时发生这种情况。进入和离开您的车可能让驱动您的导航和“求助”系统的电子设备受到电击。虽然电击可能不会伤害我们，即使是最轻微的脉冲也会损坏这些系统中的敏感电子，使它们变得无用，而不是“酷”。

例如，GPS或全球定位卫星子系统有助于您的车辆共享其位置，从而令某些地图和辅助系统到达您的位置。它由一个天线驱动，通过位于可在车外看到的常见的“鱼鳍”模块内，还有一个GPS收发器电路。在一些实施中，该收发器电路位于一个Telematics Box中，它在当今汽车行业扮演着越来越重要的角色。随着越来越多的互联的车辆进入市场，如4G蜂窝服务、WiFi、GPS和V2X（车辆之间和车辆与基础设施通信）等特性都将在Telematics Box内实施。

GPS收发器电路常见的器件包括一个集成电路（IC）芯片与相关的射频(RF)前端分立元件如变压器及表面贴装电容器和电阻器。收发器芯片越来越强大，集成了更多的功能，并且通过减小硅工艺的几何尺寸减小了物理尺寸。最后一点在ESD的存在等级方面是关键的-行业趋势已趋向采用的工艺几何尺寸越小，芯片组对ESD越敏感。这种更高的灵敏度会导致整体更低的系统（IC被置于其中）级ESD。

谈谈之前邮件中的ESD故障。最终他们换了新的GPS收发器IC用于之后的Telematics Box，不再需要通过所需的ISO 10605车载系统ESD规范的8kV等级。它们可以通过的最高水平是4kV，这需要OEM制造商的豁免和为潜在的现场失效负责。

诊断首先从检查原理图和PCB布局开始，如果看起来一切正常，那么就要开始下一步的实际模块评估了。安森美半导体通常采用一种称为传输线脉冲（TLP）的测试方法，重复测定上升时间、脉冲长度和ESD脉冲的总能量。TLP不是通过阻抗不匹配的ESD模拟器放电，而是在干净的、50欧姆的环境中放电，让我们“看到”测试器件的钳位电压。

在对该特殊的模块进行TLP测试后，很明显，新的GPS收发器的内部ESD钳位结构具有很低的导通和钳位电压。由于这些器件大多采用普通齐纳二极管结构，击穿电压7至10V，这使得很难用外部低寄生电容的ESD保护器件保护。在这电压点导通，在这个等级的钳位和瞬态贯穿整个脉冲，这些器件可以让大多数的瞬态电流流入无法在更高的8kV脉冲能量生存的GPS收发器的内部ESD结构。一些集成外部ESD保护器件的新板进行了测试，没有一个能够超过所需的存在等级，因为它们都是高压齐纳型结构。

开始谈谈最新的SZESD9101P2T5G ESD保护器件，它采用安森美半导体的集成可控硅整流器（SCR）ESD钳位结构的快速导通的ESD9000系列。不像旧的齐纳二极管结构，SCR结构在相同的7V等级导通，但很快在3ns内重回到极低的2至3V钳位电压。这使得ESD脉冲瞬态电流被适当的分流到地面而不被耗散和随后破坏GPS收发器IC。在一个新的模块快速连接该器件和ESD测试开始获得好的结果，因为SZESD9101成功保护了GPS通过所需的8kV存在等级。

有了推荐的ESD保护器件、TLP的结果以及向上层管理报告8kV通过结果，从而避免潜在的现场故障。虽然它肯定有助于行业领先的ESD保护技术，但帮助故障排除并提供深入分析以解决这个问题的是真正的ESD专知。我相信这是行业内每个人都在寻求的，以改变现状，解决具有挑战性的问题，最重要的是保持车辆在路上的安全。因此，早晨开始于许多电子邮件，请记住，在某处有人在他们的汽车电路中正在经历一个严重的ESD故障，我们将在那里解决问题：每次一个模块。