Динамичная защита от статики: решения Littelfuse для ESD-защиты

19 декабря 2014

LittelfuseстатьяESD

Нарастание электростатического разряда (ESD) происходит менее чем за наносекунду. А повреждения электронным устройствам при этом он способен нанести значительные. Как применить широкий спектр выпускаемых компанией Littelfuse устройств защиты от ESD (многослойные варисторы, диодные сборки, полимерные супрессоры) для защиты, к примеру, различных интерфейсов передачи данных?

Электростатическим разрядом (ESD – Electro Static Discharge) называется передача электрического заряда между любыми двумя объектами. Наиболее распространенной причиной является трение между двумя разнородными материалами, вызывающее накопление электрических зарядов на их поверхностях. Как правило, одной из поверхностей является человеческое тело. Типичным примером этого является статический разряд, который человек испытывает после прогулки по ковру при последующем прикосновении к металлическому объекту. Разряд сопровождается болезненным ощущением в точке контакта и, как правило, сопровождается небольшими искрами и щелчками, при этом величина потенциала может достигать 15 кВ. И если разряд в 6 кВ является болезненным для человека, то более низкие значения хоть и могут остаться незамеченными, но все же способны вызвать необратимые повреждения электронных компонентов и схем или привести к скрытым дефектам, которые проявят себя позже во время эксплуатации. Таким образом, ESD представляют серьезную угрозу для электронных схем и требуют применения определенных средств для уменьшения или устранения их воздействия.

Отличием ESD от других переходных процессов, таких как переключения, различные коммутационные замыкания и прочее, является очень короткое время переходного процесса: нарастание электростатического разряда происходит менее чем за 1 наносекунду, в то время как время достижения пика у большинства наиболее типичных переходных процессов составляет более 1 микросекунды.

Стандарты ESD

На сегодняшний день существует несколько стандартов по защите от ESD, которые чаще всего используют производители: EN100015, EN61340-5-1 и ANSI/ESD 20:20. Стандарт EN61340-5-1 сейчас вытеснил EN100015 и является основным стандартом в Европе. Стандарт ANSI/ESD 20:20 используется в основном в Северной Америке. Многие производители работают как с EN61340-5-1, так и с ESD20: 20 (оба стандарта в значительной степени совместимы), а иногда пользуются и другими стандартами.

В РФ действуют стандарты, утвержденные Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии и разработанные в 2009 году на базе EN61340-5-1 российским техническим комитетом ТК072 «Электростатика». Это ГОСТ Р 53734.5.1-2009 «Электростатика. Часть 5-1: Защита электронных устройств от электростатических явлений. Общие требования» и ГОСТ Р 53734.5.2-2009 «Электростатика. Часть 5-2: Защита электронных устройств от электростатических явлений. Руководство пользователя».

Основной перечень рекомендуемых международных стандартов (IEC – International Electrotechnical Commission) приведен в таблице 1 [1].

Таблица 1. Рекомендуемые международные стандарты

Стандарт Описание
IEC 61340-5-1 Электростатика. Раздел 5-1: Защита электронных устройств от электростатики. Основные требования. (1998-12)
IEC 61340-5-2 Электростатика. Раздел 5-2: Защита электронных устройств от электростатики. Руководство пользователя. (1999-02)
IEC 61340-4-1 Электростатика. Раздел 4-1: Стандартные методы тестирования для специальных применений Секция 1: Электростатические характеристики напольных покрытий и системы полов. (1999-02)
IEC 61340-4-3 Электростатика. Раздел 4-3: Стандартные методы тестирования для специальных применений – обувь. (1999-02)
IEC 61340-4-5/CDV Электростатика. Раздел 4-5: Стандартные методы тестирования для специальных применений – метод, характеризующий степень защиты обуви в зависимости от вида.
IEC 61340-2-1 Электростатика. Раздел 2-1: Методы измерений – способность материалов изделий рассеивать статические заряды. (2002-06)
IEC 61340-2-3 Электростатика. Раздел 2-3: Методы тестирования для определения сопротивления и удельного сопротивления плоских твердых материалов, не накапливающих статические заряды. (2000-03)
IEC 61340-3-1 Электростатика. Раздел 3-1: Методы моделирования электростатических явлений – Модель человеческого тела — Тестирование компонентов. (2002-03)
IEC 61340-3-2 Электростатика. Раздел 3-2: Методы моделирования электростатических явлений — Модель машины – Тестирование компонентов. (2002-03)
ANSI/ESD 20.20-1999 Ассоциация ESD-стандартов по развитию программ контроля электростатического разряда: Защита электрических и электронных частей, сборка и оборудование. (1999-08)

Защита от ESD

В современном производстве интегральные схемы изготавливаются с различными уровнями защиты от статического электричества. Примерами таких микросхем с защитой от ESD могут быть различного назначения микропроцессоры, USB-приемопередатчики, микрочипы видеографики и другие, которые используются в компьютерах и их периферийных устройствах, мобильных телефонах, КПК, ЖК-дисплеях, в сетевом оборудовании и другой электронной технике.

При этом различают два уровня защиты: от пробоя в производственной среде и при использовании в конечном изделии.

Типичный максимальный уровень защиты от ESD в современных микросхемах равен 2000 В, что является достаточным при производственном процессе изготовления микросхем. При этом накладываются определенные требования на влажность воздуха в производственном помещении, ионизацию, заземление, необходимость персонала носить антистатические одежды. При правильном применении этих процедур обеспечивается высокая защита микросхем от воздействия ESD.

Рис. 1. Воздействие ESD на микросхему при а) отсутствии и б) наличии защиты от ESD

Рис. 1. Воздействие ESD на микросхему при а) отсутствии и б) наличии защиты от ESD

Однако, как только конечный продукт (компьютер, КПК, принтер и так далее) будет введен в эксплуатацию, он будет подвергаться воздействию уровней ESD, более высоких, чем те, которыми испытывали компонент в производственной среде. C увеличением на микросхеме средств защиты от электростатического разряда ее живучесть увеличивается, однако платой за это является уменьшение свободного места для функциональной схемы или необходимость увеличения размеров микросхемы, что является нежелательным, с учетом постоянной тенденции на миниатюризацию изделий электронной техники. В этом случае потребуется использование дополнительных средств защиты изделия от воздействия ESD (рисунок 1). Эти устройства дополняют встроенные возможности электрозащиты микросхем таким образом, чтобы конечный продукт мог надежно функционировать после воздействия больших уровней электростатических разрядов.

Решения Littelfuse для защиты от ESD

Для защиты от статического электричества устройство подавления должно иметь очень быстрое время отклика, а также возможность повторно обрабатывать высокие пиковые напряжения и токи в течение короткого времени.

Одним из лидеров на рынке изделий защиты от ESD является компания Littelfuse, которая уже более 80 лет занимается исследованием проблем защиты цепей в различных отраслях и приложениях.

Littelfuse предлагает три семейства устройств, которые используются для подавления ESD:

  • керамические многослойные варисторы MLV (Multilayer Varistors);
  • SPA (Silicon Protection Arrays) – кремниевые диодные сборки серий SP72x и SP050x;
  • супрессоры на основе полимеров PulseGuard.

Эти технологии позволяют эффективно защищать чувствительную схему от внешних электростатических воздействий (например, создаваемых пользователями). Кроме того, варисторы MLV и сборки SP72x могут также защитить системы от выбросов мощных переходных процессов, а также скачков, вызванных воздействиями молний.

Рис. 2. Диаграмма работы средств защиты от ESD

Рис. 2. Диаграмма работы средств защиты от ESD

Компоненты Littelfuse защищают цепи на входе сигнала до безопасного выбранного уровня – 3,3, 6, 12 В постоянного тока (рисунок 2). Энергия, которая должна была попасть в цепь и навредить ее компонентам, рассеивается на ESD-супрессорах и источнике ESD.

Многослойные варисторы

Рис. 3. Конструкция MLV

Рис. 3. Конструкция MLV

Компоненты MLV (Multilayer Varistors) состоят из чередующихся слоев металлических электродов и керамики или оксида цинка (рисунок 3).

Керамика из оксида цинка в обычных условиях служит как изолятор. Однако, когда напряжение повышается (как в случае ESD), выводы оксида цинка переходят от высоких к низким значением сопротивления и этим шунтируют защищаемую линию на землю (рисунок 1б).

MLV является самой надежной из технологий подавления ESD и может быть использована для защиты линии с рабочими напряжениями 3,5…120 В постоянного тока или 2,5…107 В переменного. Они также могут быть использованы для обеспечения защиты от поражения электрическими быстрыми переходными процессами EFT (Electrical Fast Transients). Кроме того, их собственная емкость (65…4500 пФ) может обеспечить фильтрацию от высокочастотных помех.

Новое семейство продуктов MLV серии MHS имеет значения емкостей 3, 12 и 22 пФ и может быть использовано в цепях с большой скоростью передачи данных (примерно до 125 Мбит).

Диодные сборки SPA (Silicon Protection Arrays). Серия SP72x

Рис. 4. Схема SP72x

Рис. 4. Схема SP72x

Сборки семейства SP72x состоят из нескольких ячеек диодов (на рисунке 4 такая ячейка выделена синим цветом), которые соединяются с уровнями V+ или V- и выполняют функции переключателей. При подаче на вывод 1 положительного напряжения, превышающего 0,7 В, оно закорачивается на V+ – контакт 5, при подаче отрицательного напряжения ниже 0,7 В на цепь V- – контакт 2. Таким образом происходит шунтирование защищаемых линий (контакты 1, 3, 4, и 6 на рисунке 4) на V+ или V-.

Сборки SP72x являются надежными устройствами, которые могут защитить линии связи от ESD и EFT, а также от перенапряжения в цепи. Они имеют низкую емкость (3…5 пФ) и могут быть использованы для защиты высокоскоростных линий связи (примерно до 125 Мбит).

Рис. 5. Диодная сборка SP05x

Рис. 5. Диодная сборка SP05x

Серия SP05xx – TVS-лавинные диоды

Cборки семейства SP050x состоят из нескольких TVS-диодов (Transient Voltage Suppressor) (на рисунке 5 выделен синим цветом), которые шунтируют цепь к общему проводу V-. Проще говоря, диоды функционируют как переключатели – когда в цепи 1 уровень сигнала превышает напряжение пробоя диода, сигнал шунтируется на V-.

Сборки SP050x доступны в самых разнообразных типах корпусов с большим количеством защищаемых каналов. Существуют варианты сборок SOT-23, SOT-143, TSSOP, MSOP и миниатюрные CSP. Большое количество каналов (1…18) с емкостями начиная от 3…39 пФ позволяют эффективно защищать линии, которые работают на средних и высоких скоростях (примерно 100 кбит…125 Мбит).

PulseGuard-супрессоры

Супрессоры PulseGuard изготавливаются путем создания разрыва в электроде, что приводит к отсутствию протекания тока в цепи (рисунок 6). В промежутке применяется специальный материал VVM (Voltage Variable Material) на основе полимеров, который по параметрам близок к рассмотренной выше MLV-керамике из оксида цинка. В нормальных условиях VVM работает как изолятор, но при возникновении ESD материал VVM становится проводником и шунтирует ESD на общий провод.

Рис. 6. Структура PulseGuard-супрессора

Рис. 6. Структура PulseGuard-супрессора

PulseGuard-супрессоры отличаются от MLV и SPА тем, что они могут быть использованы только для ESD-защиты. Полимерный материал не способен выдерживать воздействия мощных сигналов переходных процессов EFT. С другой стороны, продукты PulseGuard имеют низкую емкость (0,050 пФ) и могут быть использованы для защиты линий связи, которые работают на скорости до 3…5 Гбит.

Сравнение всех трех технологий Littelfuse приведено в таблице 2.

Таблица 2. Сравнение технологий Littelfuse

Технология Скорость передачи данных Пиковое
значение
Уровень ESD защиты Дискреты Сборки Применение Преимущества
MLV <125 Мбит Хорошее Хороший 0402; 0603; 0805; 1206 1206 Клавиатура,/переключатели, аудио, аналоговый видеовыход, USB 1.1, RS-232 Самая низкая стоимость; широкий спектр применения
SPA 0…5 Гбит Отличное Отличный SOD723 SOT23; SC70; SOT553; SOT563; SOT953; MSOP 8; MSOP 10; μDFN Клавиатура/переключатели, USB1.1, USB2.0, аудио, аналоговый видеовыход, FireWire 1394, HDMI, Ethernet, Интерфейс MMC, ЖК-модули Самые низкие пиковое и фиксирующее напряжения
PulseGuard 100 Mбит…5 Гбит Хорошее Хороший 0402; 0603 SOT23 USB 2.0, FireWire 1394, HDMI, RF антенны Самая низкая емкость

Выбор компонентов Littelfuse в зависимости от области применения и скорости передачи данных приведен на диаграмме (рисунок 7). Здесь показана взаимосвязь между скоростью передачи данных, областью применения и применяемым продуктом Littelfuse ESD.

Рис. 7. Диаграмма применения компонентов Littelfuse

Рис. 7. Диаграмма применения компонентов Littelfuse

В верхней части диаграммы показаны скорости передачи данных, а также стандартные протоколы. В нижней части – возможные приложения. В основной части показаны области применения супрессоров Littelfuse для защиты от ESD.

Важным параметром здесь выступает емкость подавителя. Большие значения емкости с увеличением частоты сигнала будут приводить к его искажению. При низких значениях емкостей, даже при высоких частотах, искажения сигнала не будет.

Следует обратить внимание, что некоторые приложения могут использовать несколько различных протоколов и, соответственно, в качестве подавителя ESD могут быть применены различные изделия производства Littelfuse. Например, портативный компьютер может иметь RS-232, USB 2.0, видео-, PS2-порт и другие. В RS-232 и PS2-порте используются сравнительно медленные скорости передачи данных, поэтому там можно применять любой подавитель ESD от Littelfuse (хотя здесь предпочтительнее высокоемкостные MLV и SPA). На супрессор для видеопорта уже накладываются требования по поддержке большой скорости передачи данных – здесь лучше подойдут PulseGuard или SPA.

В таблицах 3…5 приведены основные параметры компонентов Littelfuse.

Таблица 3. Характеристика компонентов SPA

Наименование Емкость, пФ Фиксирующее
напряжение, В
Рабочее напряжение, В DC Ток утечки макс., мкА Корпус Количество каналов Полярность Уровень ESD-защиты, кВ
SP03-3.3BTG 16 10 (100 А) 3,3 1.0 SOIC-8 2 Bi-polar 30
SP03-6BTG 16 17 (100 A) 6 25 SOIC-8 2 Bi-polar 30
SP03-8BTG 16 18 (100 A) 8 25 SOIC-8 2 Bi-polar 30
SP0502BAHTG 30 6,8 (10 мА) 5,5 0,1 SOT23 2 Bi-polar 20
SP0502BAJTG 30 6,8 (10 мА) 5,5 0,1 SC70-3 2 Bi-polar 20
SP0503BAHTG 30 6,8 (10 мА) 5,5 0,1 SOT143 3 Bi-polar 20
SP0504BAHTG 30 6,8 (10 мА) 5,5 0,1 SOT23-5 4 Bi-polar 20
SP0504BAJTG 30 6,8 (10 мА) 5,5 0,1 SC70-5 4 Bi-polar 20
SP0505BAHTG 30 6,8 (10 мА) 5,5 0,1 SOT23-6 5 Bi-polar 20
SP0505BAJTG 30 6,8 (10 мА) 5,5 0,1 SC70-6 5 Bi-polar 20
SP0506BAATG 30 6,8 (10 мА) 5,5 0,1 MSOP-8 6 Bi-polar 20
SP1001-02JTG 12 9,7 (2 A) 5,5 0,5 SC70-3 2 Bi-polar 8
SP1001-02XTG 12 9,7 (2 A) 5,5 0,5 SOT553 2 Bi-polar 8
SP1001-04JTG 12 9,7 (2 A) 5,5 0,5 SC70-5 4 Bi-polar 8
SP1001-04XTG 12 9,7 (2 A) 5,5 0,5 SOT553 4 Bi-polar 8
SP1001-05JTG 12 9,7 (2 A) 5,5 0,5 SC70-6 5 Bi-polar 8
SP1001-05XTG 12 9,7 (2 A) 5,5 0,5 SOT563 5 Bi-polar 8
SP1002-01JTG 6 11,2 (2 A) 6 0,5 SC70-3 1 Bi-polar 8
SP1002-02JTG 6 11,2 (2 A) 6 0,5 SC70-5 2 Bi-polar 8
SP1003-01DTG 30 12,5 (7 A) 5 1 SOD723 1 Bi-polar 25
SP1004-04VTG 6 8,5 (1 мА) 6 0,1 SOT953 4 Bi-polar 8
SP1010-04UTG 6 7,5 (1 мА) 6 1 uDFN-6 4 Bi-polar 8
SP3001-04JTG 0,8 10,6 (2 A) 6 0,5 SC70-6 4 Bi-polar 8
SP3002-04HTG 1,1 10,6 (2 A) 6 0,5 SOT23-6 4 Bi-polar 12
SP3002-04JTG 1,1 10,6 (2 A) 6 0,5 SC70-6 4 Bi-polar 12
SP3002-04UTG 1,1 10,6 (2 A) 6 0,5 uDFN-6 4 Bi-polar 12
SP3003-02JTG 0,8 11,8 (2 A) 6 0,5 SC70-5 2 Bi-polar 8
SP3003-02XTG 0,8 11,8 (2 A) 6 0,5 SOT553 2 Bi-polar 8
SP3003-04ATG 0,8 11,8 (2 A) 6 0,5 MSOP-10 4 Bi-polar 8
SP3003-04JTG 0,8 11,8 (2 A) 6 0,5 SC70-6 4 Bi-polar 8
SP3003-04XTG 0,8 11,8 (2 A) 6 0,5 SOT563 4 Bi-polar 8
SP3004-04XTG 1,1 11,8 (2 A) 6 0,5 SOT563 4 Bi-polar 12
SP3050-04HTG 2,4 13,2 (8 A) 6 0,5 SOT23-6 4 Bi-polar 20
SP720ABG 3 VSUPPLY+2 (1 A) 30 0,02 SOIC-16 14 Bi-polar 4
SP720APP 3 VSUPPLY+2 (1 A) 30 0,02 PDIP-16 14 Bi-polar 4
SP721ABG 3 VSUPPLY+2 (1 A) 30 0,02 SOIC-8 6 Bi-polar 4
SP721APP 3 VSUPPLY+2 (1 A) 30 0,02 PDIP-8 6 Bi-polar 4
SP723ABG 5 VSUPPLY+2 (2 A) 30 0,02 SOIC-8 6 Bi-polar 8
SP723APP 5 VSUPPLY+2 (2 A) 30 0,02 PDIP-8 6 Bi-polar 8
SP724AHTG 3 VSUPPLY+2 (1 A) 20 0,01 SOT23-6 4 Bi-polar 8
SP725ABG 5 VSUPPLY+2 (2 A) 30 0,02 SOIC-8 4 Bi-polar 8

Таблица 4. Характеристика компонентов PulseGuard

Наименование Емкость, пФ Фиксирующее напряжение, В Рабочее напряжение, В DC Ток утечки максю, мкА Корпус Количество каналов Полярность Уровень ESD защиты, кВ
PGB1010402 0,04 250 0…12 1 402 1 Bi-polar 8
PGB2010402 0,07 40 0…12 1 402 1 Bi-polar 8
PGB1010603 0,06 150 0…24 1 603 1 Bi-polar 8
PGB102ST23 0,12 150 0…24 1 SOT23 2 Bi-polar 8

Таблица 5. Характеристика компонентов MLV

Наименование Емкость, пФ Фиксирующее напряжение, В Напряжение, В DC Ток утечки макс., мкА Корпус Количествтво каналов Полярность Уровень ESD-защиты, кВ
V5.5MLA0402 220 19 при 1 A 0…5,5 <5 402 1 Bi-polar 8
V5.5MLA0603 660 19 при 2 A 0…5,5 <25 603 1 Bi-polar 8
V5.5MLA0402L 70 30 при 1 A 0…5,5 <5 402 1 Bi-polar 8
V9MLA0402 120 26 при 1 A 0…9 <5 402 1 Bi-polar 8
V9MLA0402L 33 30 при 1 A 0…9 <5 402 1 Bi-polar 8
V9MLA0603 420 28 при 2 A 0…9 <25 603 1 Bi-polar 8
V9MLA0805L 450 20 при 2 A 0…9 <25 805 1 Bi-polar 8
V12MLA0805L 350 25 при 2 A 0…12 <25 805 1 Bi-polar 8
V14MLA0402 70 35 при 1 A 0…14 <5 402 1 Bi-polar 8
V14MLA0603 150 40 при 2 A 0…14 <25 603 1 Bi-polar 8
V14MLA0805 480 30 при 5 A 0…14 <25 805 1 Bi-polar 8
V14MLA0805L 270 30 при 2 A 0…14 <25 805 1 Bi-polar 8
V18MLA0402 40 46 при1 A 0…18 <5 402 1 Bi-polar 8
V18MLA0603 46 46 при 2 A 0…18 <25 603 1 Bi-polar 8
V18MLA0805 100 40 при 5 A 0…18 <25 805 1 Bi-polar 8
V18MLA0805L 450 40 при 2 A 0…18 <25 805 1 Bi-polar 8
V18MLE0402 250 50 при 1 A 0…18 <5 402 1 Bi-polar 8
V18MLE0603 100 50 при 2 A 0…18 <25 603 1 Bi-polar 8
V18MLE0603L 60 50 при 1 A 0…18 <25 603 1 Bi-polar 8
V18MLE0805 500 50 при 5 A 0…18 <25 805 1 Bi-polar 8
V18MLE0805L 100 50 при 2 A 0…18 <25 805 1 Bi-polar 8
V5.5MLN41206 430 19 при 2 A 0…5,5 <5 1206 4 Bi-polar 8
V9MLN41206 250 28 при 2 A 0…9 <5 1206 4 Bi-polar 8
V14MLN41206 140 40 при 2 A 0…14 <5 1206 4 Bi-polar 8
V18MLN41206 100 50 при 2 A 0…18 <5 1206 4 Bi-polar 8
V18MLN41206L 45 50 при 1 A 0…18 <5 1206 4 Bi-polar 8
V0402MHS03 3 160 при 1 A 0…42 <0,5 при 15 В 402 1 Bi-polar 8
V0402MHS12 12 70 при 1 A 0…18 <5 при 15 В 402 1 Bi-polar 8
V0402MHS22 22 40 при 1 A 0…9 <1 при 5,5 В 402 1 Bi-polar 8
V0603MHS03 3 160 при 1 A 0…42 <0,5 при 15 В 603 1 Bi-polar 8
V0603MHS12 12 70 при 1 A 0…18 <5 при 15 В 603 1 Bi-polar 8
V0603MHS22 22 40 при 1 A 0…9 <1 при 5,5 В 603 1 Bi-polar 8

Примеры применения компонентов производства Littelfuse для ESD-защиты

Как отмечалось выше, при увеличении скорости передачи данных для сохранения целостности сигнала необходимо особое внимание уделять значениям емкости супрессоров. Например, для аудиопортов и портов мыши на большинстве ПК используются относительно медленные скорости передачи данных, где емкость подавителя ESD не очень важна. При увеличении скорости передачи данных (например, USB 3.0, Gigabit Ethernet, HDMI, и так далее) рабочий сигнал более чувствителен к вносимой в линию паразитной емкости. В настоящее время единственным решением, способным сохранить целостность сигнала и обеспечить очень низкие напряжения на фиксирующих зажимах, является применение компонентов защиты производства Littelfuse. При этом важно также учитывать и другие ключевые характеристики: ток утечки, количество линий защиты и прочие. В дополнение к выбору идеального устройства защиты цепи важно установить устройство в наиболее подходящем месте для обеспечения эффективной защиты от электростатического разряда. Выбранный подавитель должен быть размещен как можно ближе к разъему или кнопке (переключателю). Кроме того, супрессор должен быть установлен как можно ближе, насколько это возможно, и к линии передачи данных (сигнала). Это позволит устранить возможности индуктивного выброса пикового напряжения, что может привести к повреждению схемы, даже при том, что само устройство защиты, возможно, было выбрано правильно.

Ниже приведены примеры применения компонентов Littelfuse на примере SPA-устройств для нескольких интерфейсов: RS-485/Ethernet/CAN bus/SIM Socket/USB 2.0.

Защита интерфейса RS-485

Существуют многочисленные варианты реализации и применения RS-485. Большинство приложений реализуется на базе двух линий (то есть А и Б, рисунок 8), а в некоторых случаях используются четыре провода (то есть полный дуплекс). В зависимости от длины кабеля скорость передачи данных может варьироваться от 100 кбит до 10 Мбит. Питающее напряжение может быть однополярным (то есть 0…6 В) или биполярным (± 3 В). Все эти параметры должны быть тщательно оценены, прежде чем использовать рекомендованные ниже устройства.

Для однополярного питания с напряжением до 6 В лучше подходят:

  • серия SP1001 – только для защиты от ESD;
  • серия SP03 – дополнительная защита от молнии и импульсных перенапряжений.

Для биполярного сигнала с максимальным напряжением ± 3 В можно использовать:

  • серии SP1002 или SP1004 – защита только от электростатического разряда;
  • серия SP03 – дополнительная защита от молнии и импульсных перенапряжений.

Рис. 8. Защита интерфейса RS-485

Рис. 8. Защита интерфейса RS-485

Схема применения показана на рисунке 8, а параметры компонентов представлены в таблице 6.

Таблица 6. Рекомендуемые компоненты SPA

Наименование Уровень ESD-защиты, кВ Грозовой разряд
tP = 8/20 мкс, А
I/O Емкость при VR=2,5 В, пФ Количество каналов VRWM, В Корпус
SP1001-02JTG ±15 2 8 2 6 SC70-3
SP03-xBTG ±30 150 8 2 3,3;, 6 SOIC-8
SP03A-3.3BTG ±30 150 4,5 2 3,3 SOIC-8

Защита интерфейса Ethernet

Как правило, Ethernet нужно защищать только от ESD, а не от молнии и мощных переходных процессов. Паразитную емкость следует учитывать, особенно в 1GbE.

Для защиты четырех линий передачи данных (Tx± и Rx±) и для защиты от электростатического разряда лучше подходят низкоемкостные SP3002.

Для 1000 Мбит Ethernet (требует восемь каналов защиты для четырех дифференциальных пар) лучше подойдет SP3003-08ATG.

Рис. 9. Защита интерфейса Ethernet

Рис. 9. Защита интерфейса Ethernet

Схема применения показана на рисунке 9, а параметры рекомендуемых компонентов приведены в таблице 7.

Таблица 7. Рекомендуемые компоненты SPA

Наименование Уровень ESD-защиты, кВ Грозовой разряд
tP = 8/20 мкс, А
I/O Емкость при
VR = 1,65 В, пФ
Количество каналов VRWM, В Корпус
SP3002-04JTG ±12 4,5 0,85 4 6 SC70-6
SP3003-04XTG ±8 2,5 0,65 4 6 SOT563
SP3004-04XTG ±12 4 0,85 4 6 SOT563
SP3003-08ATG ±8 2,5 0,65 8 6 MSOP-10

Защита интерфейса CAN

Большинство приложений с применением интерфейса CAN реализовывается на базе двух сигнальных линий – CANH и CANL. В зависимости от длины кабеля, скорость передачи данных может варьироваться от 10 кбит до 1 Мбит. Рабочее напряжение в интерфейсе CAN не превышает уровня 5 В. Однако перед использованием рекомендованных ниже устройств каждое приложение должно быть тщательно оценено.

Для интерфейса CAN с двумя однополярными сигналами напряжением 0…5 В подойдут:

  • серия SP1001 – только для защиты от статического разряда;
  • серия SP03 серии – дополнительная защита от молнии и импульсных перенапряжений.

Для дифференциальной защиты между CANH и CANL провод GND может быть удален из приведенных ниже схем.

Рис. 10. Защита интерфейса CAN

Рис. 10. Защита интерфейса CAN

Схема применения показана на рисунке 10, а рекомендуемые компоненты представлены в таблице 8.

Таблица 8. Рекомендуемые компоненты SPA

Наименование Уровень ESD-защиты, кВ Грозовой разряд при
tP = 8/20 мкс, А
I/O Емкость
при VR = 2,5 В, пФ
Количество каналов VRWM, В Корпус
SP1001-02JTG ±15 2 8 2 6 SC70-3
SP03-xBTG ±30 150 8 (I/O to I/O) 2 3,3, 6 SOIC-8
SP03A-3.3BTG ±30 150 4,5 (I/O to I/O) 2 3,3 SOIC-8

Защита интерфейса SIM Socket

SIM-карта (модуль идентификации абонента) имеет три линии низкоскоростной передачи данных с низким уровнем напряжений. Учитывая это, выбор емкости не является существенным.

Рис. 11. Защита интерфейса SIM Socket

Рис. 11. Защита интерфейса SIM Socket

Схема применения показана на рисунке 11, а параметры рекомендуемых компонентов представлены в таблице 9.

Таблица 9. Рекомендуемые компоненты SPA

Наименование Уровень ESD-защиты, кВ Грозовой разряд при
tP = 8/20 мкс, А
I/O Емкость
при VR = 1,65 В, пФ
Количество каналов VRWM, В Корпус
SP3002-04UTG ±12 4,5 0,85 4 6 μDFN-6 (1.6×1.6mm)
SP1011-04UTG ±15 2 7 пФ 4 6 μDFN-6 (1,25×1,0mm)
SP1005-01WTG ±30 10 23 пФ 1 6 0201 Flipchip
SP1006-01UTG ±30 5 15 пФ 1 6 0201 (μDFN-2)

Защита интерфейса USB 2.0

Каждый порт USB 2.0 может работать со скоростью до 480 Мбит. Высокая скорость передачи данных требует низкого значения вносимой емкости для сохранения целостности сигнала. Требуется два канала защиты линий передачи данных (D±), которые можно осуществить с помощью сборки или дискретно, например, с помощью четырехканальной сборки SP3002-04 либо с помощью отдельных одноканальных устройств, например, SP1003.

Рис. 12. Защита интерфейса USB 2.0

Рис. 12. Защита интерфейса USB 2.0

Схема применения показана на рисунке 12, а параметры рекомендуемых компонентов можно посмотреть в таблице 10.

Таблица 10. Рекомендуемые компоненты SPA

Наименование Уровень ESD-защиты, кВ I/O Емкость при
VR = 1,65 В, пФ
Количество
каналов
VRWM, В Корпус
SP3003-02XTG ±8 0,65 2 6 SOT553
SP3003-02JTG ±8 0,65 2 6 SC70-5
SP3031-01ETG ±10 0,8 1 5 SOD882

 

Заключение

Правильно выбранное устройство защиты от ESD и прочих перенапряжений, должным образом размещенное в схеме, дает ряд преимуществ, начиная с повышенной надежности конструкции заканчивая низкими расходами на гарантийное обслуживание. Компания Littelfuse предлагает множество продуктов и решений, которые смогут удовлетворить различные требования разработчика. Детальнее выбор компонентов можно произвести с учетом информации на сайте компании или заказать у прямого дистрибьютора – КОМПЭЛ.

 

Литература

  1. http://www.astena.ru/esd.html
  2. www.littelfuse.com.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

LTF_SP3010_NE_14_14_opt

SP05: TVS-сборки Littelfuse для защиты от ESD уровня 30 кВ

news_bugaev_fmtКремниевые защитные сборки SPA® (Silicon Protection Array) производства компании Littelfuse представляют собой интегрированную структуру на основе нескольких TVS-диодов в одном корпусе. Данные сборки предназначены для защиты электроники от очень быстрых и высоковольтных разрядов с крутым фронтом, вызванных последствиями молний или электростатических разрядов (ESD). Они представляют собой идеальное решение для защиты чувствительных линий интерфейсов, цифровых и аналоговых сигналов уровня 5 В в промышленной и потребительской электронике.

Серия сборок SP05 семейства SPA® представляет собой 2, 3, 4, 5 и 6-канальные матрицы TVS-диодов, выполненные в миниатюрных SMD-корпусах (SOT23-3, SC70-3, SOT143-4, SOT23-5, SC70-5, SOT23-6, SC70-6 и MSOP-8). Данные сборки предназначены для защиты от ESD уровня 30 кВ и обеспечивают соответствие требованиям следующих стандартов:

  • IEC 61000-4-2, контактный разряд 30 кВ (уровень 4);
  • IEC 61000-4-2, воздушный разряд 30 кВ (уровень 4);
  • MIL STD 883 3015.7 30 кВ

Входная емкость сборок SP05 не превышает 30 пФ, что позволяет относить их к классу низкоемкоcтных защитных компонентов. Основное применение данной серии – это защита низковольтных интерфейсов I/O, аналоговых аудио- и видеосигналов, линий USB 1.1, интерфейсов карт памяти и SIM, LCD-дисплеев, а также кнопочных и клавиатурных шин. Рабочее напряжение на каждой из защищаемых линий рассчитано на уровень 5 В. Из отличительных особенностей серии SP05 можно выделить малые значения токов утечки (<0,1 мкА) и малое время отклика на нарастание фронта помехи (<1 нс). Сборки серии SP05 предназначены для эксплуатации в стандартном промышленном диапазоне температур -40…85°C.

•••

Наши информационные каналы

О компании Littelfuse

Компания Littelfuse является ведущим мировым производителем компонентов и устройств для защиты электрических и электронных цепей любого рода. Поставляемые компанией компоненты и системы, во многих случаях являются жизненно важными для устройств в практически всех отраслях и видах продукции: от бытовой электроники и автомобилей до электроэнергетики. Littelfuse предлагает наиболее широкий и полный спектр компонентов и систем защиты цепей на рынке электронных компонентов. Компания расширяет и н ...читать далее