是±2 kv HBM ESD保护足够的物联网设备吗?

物联网的应用和ESD保护的重要性

物联网(物联网)是一个网络物理设备与传感器、嵌入式软件、和其他技术来连接和交换数据通过互联网与其他设备和系统。它的股票数据云服务器或网关来分析和采取相应的行动(图1)。物联网的一个值得注意的应用农业。水灌溉的数量和时间决定基于物联网传感器收集信息对土壤水分,养分,肥料量,和天气information-helping农民做出聪明的决定,以防止浪费资源。物联网在制造和应用程序也变得非常流行工业自动化从工厂到百货公司,跟踪机器性能,测量产品质量,和资产跟踪实时定位系统。bet188软件下载在智能家居自动化IoT-based系统使我们的家更安全,容易维护。

图1所示。物联网网络,包括网关和传感器

一个物联网系统的大规模网络传感器、执行器、网关、计算和存储设备通常驻留在户外或在恶劣的工业环境。物联网设备应持续多年来以最小的维护。因此,他们必须保持免疫等瞬态威胁静电放电(ESD),电快速瞬变(EFT)、雷电和其他瞬态电压出现。从设计和系统工程师一个常见的问题是±2 kv ESD保护足够的物联网设备。理解ESD测试模型在制造业和真实世界的环境是回答这个问题的关键。这个博客描述了两个经常应用ESD测试模型、组件级的人体模型(HBM)静电测试和系统级的IEC 61000-4-2模型ESD测试。他们都使用测试设置旨在模拟人体ESD事件生成。之前我们讨论测试设置的细节和回答这个话题的标题提出的问题,让我们先从一些ESD基础知识。

理解ESD:静电放电

当一个对象具有更高静电电荷接触另一个对象收取较低,电子从一个对象到另一个地方。突然重新分配的费用可能会导致高电流的快速流动很短,和一个灾难性的ESD事件发生。这么快,高潜力的瞬态现象会严重损害或降低的性能影响集成电路(IC)导致显著的防静电损伤。

级ESD保护的人体模型(HBM)

任何集成电路ESD威胁是脆弱的,即使在控制、清洁IC制造环境。加工、组装、测试和包装接触ESDs在任何制造步骤。半导体工业使用不同的测试模型来模拟ESD事件来确定一个特定的集成电路的ESD的鲁棒性。每个集成电路都需要经过一定程度的ESD测试证明它适合使用。HBM是最被广泛接受的ESD测试确保IC可以生存生产过程提供有效的防静电控制。它使用一个测试设置,模拟一个场景一个带电人体触摸通过集成电路IC和灾难性的ESD放电在地上。人体是最常见的一种防静电发电机,并通过身体接触发生了电荷的转移。

HBM测试包括通过电阻放电电容器,它模拟人体ESD的IC。测试电压范围从±2 kv±8千伏。HBM由100 pf电容器充电所需的测试电压和放电通过1500Ω电阻器IC测试下。这个RC网络创建一个电流源复制一个带电人体注入测试设备。设备必须在测试没有任何损害。测试设置如图2所示。这个测试的电流波形如图3所示。组件级别的上升时间HBM 5-10ns电流冲击,衰减时间是大约150 ns。

图2。模拟电路组件级的HBM图3。HBM电流波形

系统级的ESD保护:IEC 61000-4-2标准

IEC 61000-4-2是一个普遍接受的国际ESD测试标准使用人体模型在系统级硬件。本系统级防静电标准HBM一样,也模拟一个带电的人卸货到电子系统中。但IEC 61000-4-2标准明显比定义的组件级防静电HBM更可观。这个系统级测试的目的是确保设备可以瞬态事件在不同操作条件下的真实世界的应用程序的最终用户,包括防雷。为此,必须测试一个严格的防静电产品发布标准,模拟真实的瞬态条件。

IEC 61000-4-2测试设置使用一个指定150 pf电容器充电电压。然后排入销组件通过一个330Ω电阻器。测试设置如图4所示,ESD电流波形如图5所示。迅速上升时间,0.7到1 ns,第二个峰值在30 ns和总持续时间只有60 ns。注意到一个更大的电容放电通过一个小电阻的系统级的IEC 61000-4-2测试设置(图4)相比,组件级HBM测试(图2)设置。这个设置改变当前波形的上升时间和峰值电流的值。

图4。模拟电路系统级的IEC 61000-4-2

图5。IEC 61000-4-2电流波形

IEC 61000-4-2标准分为四个级别(1级4级)根据两个不同的测试程序,联系和空气放电的方法。接触放电法涉及的ESD防静电测试枪到组件通过直接接触设备测试。空气放电方法用于接触放电测试不能应用的情况。在这种情况下,ESD测试枪是不碰下测试的组件。图6显示了接触和空气放电的方法。

图6。接触放电法(左)和空气放电方法(右)

表1列出了四层和测试电压接触和空气放电的方法。表显示一个四级接触放电8千伏= 15千伏空气放电。

表1。IEC 61000-4-2测试级别

是±2 kv ESD保护足够的物联网设备吗?

现在我们知道HBM和IEC 61000-4-2的测试模型让我们检查的峰值电流水平±2 kv组件和系统级测试。集成电路的峰值电流是一个重要的参数在ESD测试。表2显示了峰值电流数据比较。值得注意的是在表2的峰值电流±2 kv HBM是1.33,和7.5±2 kv系统的水平。的峰值电流±2 kv HBM 5.6倍低于±2 kv IEC 61000-4-2的脉冲电流。表2还显示峰值脉冲电流的±8千伏HBM测试(5.33)低于±2 kv IEC 61000-4-2级测试(7.5)。这意味着,即使一个集成电路通过了±8千伏组件级别的HBM测试,它可能会被IEC 61000-4-2±2 kv系统水平测试。

表2。峰值电流比较

图7显示了两个峰值电流的波形比较±8千伏电压测试。从这个图中可见,IEC 61000-4-2的第一个峰值发生在小于1 ns和非常高的峰值电流上升时间。的最高峰HBM 5-10ns周围发生,和峰值电流远小于IEC 61000-4-2。第二个峰值电流约为18,这是超过峰值的HBM方式。总体而言,所携带的能量的IEC 61000-4-2远高于HBM曲线。更快和更健壮的ESD保护需要保护的电路系统级防静电。

图7。比较之间的峰值脉冲电流HBM和IEC 61000-4-2

罢工的人数是另一个重要的事情需要考虑。一个积极和消极罢工是在组件级别HBM执行的,而IEC 61000-4-2需要至少十个积极和十个消极罢工IC的生存。IC可存活一个ESD罢工但可能会破坏任何重复的ESD罢工。是±2 kv ESD保护足够了吗?最简单的答案是,设计或系统工程师应考虑系统级的IEC 61000-4-2标准来确定集成电路将忍受ESD事件。±2 kv组件级别的HBM是良好的生产环境。但系统级IEC 61000-4-2 IC测试是必要生存在终端用户环境中,特别是在物联网应用中,传感器和设备可能驻留在户外或在恶劣的工业环境。

实施ESD保护物联网设备:瞬变电压抑制器(TVS)二极管等等

前面的讨论显示什么类型的防静电或一个物联网设备所需电路保护装置。188bet网玩法现在我们还复习如何提供足够的保护物联网的端口和接口从电气过分强调(EOS)事件。ESD保护可以通过将瞬变电压抑制器(TVS)二极管数据或电线保护接口在快速上升时间瞬态事件。瞬态事件会破坏物联网传感器和设备如果没有适当的维护。TVS二极管保护数据端口从ESD逮捕的威胁系统级防静电高峰在不到一纳秒,将大电流从数据端口。在正常操作条件下,TVS二极管提供了一个高阻抗电路路径,使设备出现开放。它不干扰信号传输。表3列出了ESD保护装置保护物联网网关的端口和接口,传感器,服务器,和其他设备电气瞬变,EOS和ESD事件(图8)。

表3。ESD保护装置的物联网设备接口和端口

图8。ESD保护物联网设备

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