ADI iCoupler的简介及四通道隔离器ESD测试结果和ESD闩锁考虑因素

　　ADI公司的iCoupler®产品提供了一种替代光耦合器的隔离

　　解决方案，具有出色的集成度、性能和功耗特性。一个

　　iCoupler隔离通道包括CMOS输入和输出电路与一个芯片级

　　变压器（见图1）。由于数字隔离器采用CMOS技术，因此在

　　系统级ESD（静电放电）、电涌电压、快速瞬变或其他过压

　　条件下，它们容易受到闩锁或ESD的破坏。

　　本应用笔记提供关于避免这些问题的指南。针对各种系统

　　级测试配置，本文举例说明了其可能影响性能的机制。针

　　对每个示例，本文都给出了推荐解决方案。

　　器件与系统

　　简单地说，器件是带互连线的单一集成装置，而系统则是

　　由多个互连器件构建而成的非集成装置。器件与系统几乎

　　在所有情况下都是泾渭分明。但是，器件测试与系统测试

　　之间的区别可能并不是那么明显。此外，器件的技术规格

　　可能并未直接说明它在系统级测试中的表现。ESD测试就

　　是一个很好的例子。

　　iCoupler隔离产品的ESD/闩锁考虑因素

　　ESD、电涌、突波和快速瞬变事件是电气应用中的基本现

　　实。这些事件一般都含有高压、持续时间很短的尖峰，并

　　且直接或间接作用于器件。其产生原因是器件与各种实际

　　现象的交互，如人体接触、交流线路扰动、雷击或系统地

　　之间的共模电压差等。

　　为了确定器件在组装成系统之前以及组装过程中被人和自

　　动化组装设备处理的鲁棒性，器件级ESD测试最为有用。

　　然而，对于确定器件在系统内遭受系统级ESD事件的鲁棒

　　性，器件级ESD数据则不太有用。其原因有如下两方面：

　　• 系统级与器件级ESD测试的目的不同。器件级测试所应

　　对的情况通常是器件搬运和组装过程中会遇到的情况，

　　而系统级测试所应对的情况通常是系统运行中会遇到的

　　情况。

　　• 器件在系统级测试期间所承受的特定状况可能与它所在

　　的电路板/模块/系统设计密切相关。例如，系统与器件

　　地之间的长感性走线对器件造成的电压瞬变，实际上比

　　它对系统在测试点造成的电压瞬变可能更为严重

　　CMOS器件中的闩锁

　　寄生PNP和NPN晶体管是CMOS工艺的固有现象，这些晶

　　体管会配置为硅控整流器（SCR）。当此寄生SCR被触发时，

　　就会发生闩锁。该现象会导致VDD与地之间出现低电阻路

　　径，从而吸取大电流通过器件。这种过大的电流为电气过

　　应力（EOS）造成破坏提供了可能性。

　　闩锁可能引起不同程度的破坏，从器件完全损毁到参数性

　　能下降等。更为有害的是潜在故障，可能影响日后的系统

　　运行。《模拟对话》杂志刊载了一篇关于闩锁一般问题的

　　优秀论文，参见Analog Dialogue 35-05 （2001）“打赢对抗CMOS

　　开关闩锁的战争”。虽然该文主要讨论的是CMOS开关的问

　　题，但它也普遍适用于所有CMOS器件，包括数字隔离器

　　产品。

　　强烈建议所有应用都应使用陶瓷旁路电容，以使VDD与地

　　之间的电源噪声最小。选择0.01 µF至0.1 µF范围的电容值，

　　并尽量靠近器件放置。即使有充分的旁路，一些应用可能

　　仍然会发生闩锁问题。将一个200 Ω电阻与VDD串联也会有所

　　帮助。在5 V应用中，它可以将电源电流限制在25 mA，低于

　　闩锁触发电流。不过，根据所吸取电源电流的不同，此串

　　联电阻可能会将器件引脚的电源电压降至不可接受的水

　　平。当以高数据速率工作而需要高电源电流时，极有可能

　　出现这一问题。

　　导致闩锁的机制通常是过压状况超出器件的绝对最大额定

　　值（对大多数产品而言是大于7.0 V或小于–0.5 V）。一旦将器

　　件集成到系统中，过压来源往往不是很清楚。但只要了解

　　其机制，一般还是能找到解决之道。

　　IEC 61000-4-2 ESD测试

　　IEC 61000-4-2 ESD测试的框图如图3所示。本测试是在系统

　　机壳上的多个点施加ESD接触或空气放电，因此会有多种

　　机制可能引起闩锁问题，包括通过地线之一注入电流以及

　　系统机壳或印刷线路板走线中的ESD电流发生感性耦合