本文旨在协助辅导体系规划人员了解不同类型的电气过载（EOS）及其对体系的影响。尽管本文针对体系中产生的特定类型电应力，可是这些信息也适用于各种场景。
这个问题很重要，因为假如不加以恰当维护，即使是最好的电路也会功能下降，或因电气过载受损。
何谓EOS？
EOS是一个通用术语，标明因为过多的电子经过相应途径企图进入电路，导致体系接受过大压力。有一点需求留意，这是一个随功率和时刻改变的函数。
假如咱们将杂乱电路看作一个简略的耗费功率的元件，例如，将它视为一个电阻。在额外功率为1 W的1 Ω电阻上施加1.1 V电压，核算功耗的公式如下：
核算得出，耗费的功率为1.21 W。尽管电阻的额外功率为1 W，可是或许存在一些余量，所以暂时不必忧虑这一点。但并不能够一直如此。
将电压增加到2 V，会呈现什么状况？假如功耗到达之前示例的4倍，那么电阻或许会像一个空间加热器在很有限的时刻内进步环境温度，可是请记住这个公式：
假如将电压增加到10 V，但仅继续10毫秒呢？风趣的当地就在这儿：假如不了解部件，以及规划处理部件的意图，您就无法真实了解会对该部件产生什么影响。现在，咱们来看整个元件体系。
哪些部分易受EOS影响？
一般来说，任何包含电子元件的部分都简略遭到EOS影响。特别单薄的部分是那些与外界的接口，因为它们很或许是最早触摸到静电放电（ESD）、雷击等的部分。咱们感兴趣的部件包含USB端口、示波器的模仿前端，以及最新的高功能物联网混合器的充电端口等。
咱们怎么知道要防备哪些问题？
尽管咱们知道咱们想要维护体系免受电气过载，可是这个术语太广泛了，关于咱们决议怎么维护体系没有任何协助。为此，IEC（以及许多其他安排）做了许多作业来弄清楚咱们在现实生活中或许会遇到的EOS类型。咱们将要点评论IEC规范，因为它们包含广泛的商场运用，而与该规范相关的紊乱状况也阐明需求本文来厘清。表1显现了三个规范，它们界说了体系或许遇到的EOS状况类型。在本文中咱们只对ESD做深化评论，一起也会让咱们了解电快速瞬变（EFT）和浪涌。
表1.IEC规范
图1.8 kV时的抱负触摸放电电流波形。
图2.契合IEC61000-4-4规范的电快速瞬变4级波形。
图3.IEC61000-4-5浪涌在8 μs/20 μs电流波形方位转为正常状况。
集成电路制作商没有对芯片施行ESD维护吗？
问题的答案既必定又否定，并不那么令人满意。是的，这些芯片中的维护首要用于应对制作过程中的ESD，而不是在体系通电状况下的ESD。这一差异十分重要，因为在放大器衔接电源和没衔接电源时，其在遭受静电时的反响天壤之别。例如，内部维护二极管可消除在无电源供电时对部件的静电放电冲击。可是，当有电源供电时，对部件的静电放电冲击或许会使内部结构传导的电流超越其规划接受水平。这或许导致该部件损毁，详细由部件和电源电压决议。
这是全球规模内亟待解决的问题！怎么维护我的IC免受这种潜在要挟？
我希望您能够意识到，这个应战触及许多要素，一个简略的解决计划是无法运用于一切状况的。下方是一个触及要素列表，列出了决议部件能否接受EOS事情的要素。这些要素分为两组：咱们无法操控的要素和咱们能够操控的要素。
无法操控的要素：
►IEC波形：ESD、EFT和浪涌的曲线各有不同，它们会以不同的办法进犯器材的某些缺点。
►考虑器材的工艺技能：有些工艺技能比其他技能更简略产生闩锁。例如，CMOS工艺简略产生闩锁，但在许多现代工艺中，能够经过精心规划和沟槽阻隔来减轻这种损害。
►考虑器材的内部结构：集成电路的规划办法许多，所以对一种电路有用的维护计划对另一种或许无效。例如，许多器材都有时序电路，检测到波形满意快时，就会发动维护结构。这或许意味着，假如您在静电放电的方位增加更多电容，那么能够接受静电放电冲击的器材或许无法接受这种电容冲击。这种成果出人意料，但认识到以下这一点十分重要：常见的电路维护办法，即RC滤波器，或许会让状况更糟。
能够操控的要素：
►PCB布局：部件离冲击的方位越近，其电能波形就越高。这是因为，当冲击波形沿某条途径传达时，从传达途径辐射出去的电磁波会有能量损耗、这是因为途径电阻产生的热量以及与周边导体耦合的寄生电容和电感所导致。
►维护电路：这是对器材的生存能力最有含义的部分。上述咱们无法操控的要素将会影响咱们怎么规划维护计划。
现在有过压维护（OVP）和过限额（OTT）特性。我能够运用这些特性来维护电路不受高压瞬变影响吗？
不能！不要这样做。这不是个好主意。OVP和OTT特性让部件的输入在接受超越电源电压的电压时，自身不会遭到损坏。依托这些特性来维护电路不受高压瞬变影响，就像是依托雨靴来应对高压冲水机相同。雨靴只对水深不超越其高度的浅水沆有用，就像OVP和OTT只适用于比其额外值低的电压。OVP和OTT的额外电压比给定的供电轨电压高几十伏。它无法反抗8000V的高压。
图4.IEC-61000-4-2测验中选用的电路。
我怎么知道维护电路是否有用？
经过结合器材常识、经历和测验，咱们大致能够知道，体系中应该选用哪些部件最有利。为了保证器材可控，各家制作商供给了形形色色的维护组件，我只评论两种经证明能够有用维护模仿前端的电路维护计划。以下计划假定选用一个缓冲装备的运算放大器。这被认为是最严厉的维护测验，因为同相输入会接受一切冲击，除此以外，电能无处可去（装置维护电路之前）。
图5.经过在模仿输入端装备低通滤波器完成输入维护。
RC网络维护计划
规划考量：
►R1应该是一个防脉冲（厚膜）电阻，这样它在饱尝高压瞬变时不会容易破坏。
►R1电压噪声与电阻值的平方根成正比，假如体系需求低噪声，这是一个重要的考虑要素。
►C1应该是一个陶瓷电容，其封装尺度至少为0805，以减小封装的外表电弧。
►C1至少应为X5R类型温度系数的电容（抱负为C0G/NP0类型），以坚持可猜测的电容值。
►C1内部的等效串联电感和电阻应尽或许低，以便有用吸收冲击。
►针对给定的封装尺度，C1的额外电压应尽或许高（最低100 V）。
►在本例中，C1的方位在R1之前，因为它构建了一个电容分压器，其间150 pF电容（如图5所示）将ESD波形放电到体系中，这样在放大器饱尝波形之前，能量现已先分流。
留意：尽管这种前端维护办法并没有得到电容制作商的认可，但在针对放大器的数百次测验中证明是有用的。ESD测验曲线（如下所述）仅在有限规模的电容产品进步行过测验，因而，假如运用不同的电容产品，需求先表征其应对冲击的特性，例如经过丈量饱尝ESD冲击之前和之后的电容和等效串联电阻的办法，这一点十分重要。该电容器件应坚持容值安稳，而且在被冲击后，一直在直流下坚持开路状况。
图6.经过在模仿输入端装备TVS二极管完成输入维护。
TVS网络维护计划
规划考量：
►与RC网络相同：R1应能接受脉冲，但或许需求考虑噪声。
►应该指明D1需求满意的规范。有些或许只包含ESD，其他的则包含EFT和浪涌规范。
►D1应该是双向的，这样它就能够一起应对正负冲击。
►D1反向作业电压应尽或许高，一起仍需经过必要的测验。假如过低，在正常的体系电压电平下或许呈现漏电流。假如过高，则或许无法在体系损坏之前做出反响。
可是我传闻TVS二极管常常产生走漏，这会下降我的功能。
在模仿电子范畴，咱们都知道TVS二极管简略产生走漏，因而不能用于精细模仿前端。但有时状况不是这样，许多数据手册中的走漏电流《 100µA，关于大多数模仿产品这个值是适当高的。关于这个数值，问题在于，它是在最高温度（150°C）和最大作业电压下的取值。在这种状况下，二极管极易走漏。超越85°C，一切二极管的走漏电流会更高。只需挑选反向作业电压更高的TVS二极管，且不希望在85°C以上完成极低漏电流，则有望取得更低的走漏电流。
假如您挑选了适宜的TVS，走漏电流值或许低到让您惊奇。图7所示为丈量12个相同产品型号的TVS二极管时取得的走漏数据。
图7.36 V双向TVS二极管Bournes T36SC的走漏值，在TIA中选用ADA4530评价板，带屏蔽，在25°C时选用10 G电阻。
在丈量的12个TVS二极管中，在直流偏置电压为5 V时，最严峻的走漏量为7 pA。这比最坏状况下的数据表的值要好千百万倍。当然，不同批次的TVS二极管在走漏方面存在差异，但这至少能够阐明预期的走漏起伏。假如咱们体系饱尝的温度不会超越85°C，TVS二极管或许是个不错的挑选。只需记住，假如您挑选的产品不是本文所述的测验产品，请表征其走漏特性。对一个部件或制作商而言正确的定论，对其他部件或制作商或许并不正确。
测验成果：
选用IEC ESD规范对一系列运算放大器进行了测验。表2显现不同维护计划别离合适维护的组件。尽管ESD规范规定在±8 kV要保证饱尝三次冲击，但一切这些计划都经过了在±9 kV时饱尝100次冲击的测验，以保证供给满意的维护余量。
IEC规范要求，经过将两个470 kΩ电阻与30 pF电容并联，使ESD源的接地端与放大器的接地端衔接在一起。本测验的设置则更为严厉，它将ESD源的接地端与放大器的接地端直接相连。这些成果也在IEC接地耦合计划中得到了验证，这能够进一步增强产品的可信赖度。请记住，因为放大器的内部结构存在很大不同，对本列表中的器材适用的数据
或许适用，也或许不适用于其他器材。假如运用其他器材或其他维护元件，主张对其进行全面测验。
表2.经过IEC-61000-4-2测验的器材列表及其各自的维护装备
运用的维护元件：
►电阻：Panasonic 0805 ERJ-P6系列
►电容：Yageo 0805 100 V C0G/NPO
►TVS二极管：Bourns CDSOD323-T36SC（双向，36 V，极低漏电流，契合ESD、EFT和浪涌规范）
►ESD压敏电阻：Bourns MLA系列，0603 26 V
Bonus元件：ESD压敏电阻
TVS二极管功能杰出，能够饱尝无数次冲击。这关于EFT和浪涌维护十分不错，可是，假如您只需求ESD维护，无妨看看ESD压敏电阻，在到达某个电压值之前，它们都用作高压电阻，到达该电压值之后，它们转变为低压电阻，能够分流掉压敏电阻中的电能。
可选用与TVS二极管相同的装备。它们的走漏更少，本钱不到TVS二极管的一半。请留意，其规划并不要求饱尝数百次冲击，且其电阻会跟着每次冲击下降。ESD压敏电阻也在上述产品进步行了测验，当串联电阻值约为TVS二极管所需值的两倍时，该压敏电阻的功能最佳。
那么EFT和浪涌呢？
这些产品只在ESD规范下进行过测验。EFT的共同之处在于，尽管电压不高（4 kV及以下），其冲击却是爆发式（5 kHz或以上），上升时刻较慢（5 ns）。浪涌每次冲击的能量大约是EFT的1000倍，但速度只要波形的1/1000。假如还需求包含这些规范，请保证在这些维护元件的数据手册上标明，它们能够应对这个问题。
电路维护概述
尽管看起来过后在电路中增加RC滤波器或TVS二极管并不难，但请留意，本文中说到的一切其他要素会影响体系功能和维护等级。这包含布局、前端运用的器材，以及需求满意的IEC规范。假如您从开端就谨记这一点，就能够防止在体系规划的最终阶段或许呈现需求从头规划的紧急状况。
本文远非全面总述。灵敏度论题将在后续文章中进行更深化的评论。此外，基站接收器规划的其他应战包含自动增益操控（AGC）算法、信道估量和均衡算法等。咱们后续还将推出一系列技能文章，意图是简化规划流程并提高咱们对接收器体系的了解。
参考文献
作者感谢世界电工委员会（IEC）答应其引证世界规范中的相关信息。一切这些摘抄内容均为IEC（瑞士日内瓦）版权一切。保存一切权力。有关IEC的更多信息，请拜访iec.ch。IEC不对作者引证摘抄内容的方位和上下文担任，也不以任何办法对其间的其他内容或准确性担任。
IEC 61000-4-2，版别2.0
© 2008 IEC瑞士日内瓦，版权一切。www.iec.ch
IEC 61000-4-4，版别3.0
© 2012 IEC瑞士日内瓦，版权一切。www.iec.ch
IEC 61000-4-5，版别3.1
© 2017 IEC瑞士日内瓦，版权一切。www.iec.ch
作者简介
Tony持有加州州立大学奇科分校颁布的电气工程学士学位，以及核算机工程、物理和数学辅修学位。他具有制作工业自动化的相关经历。他任职于ADI公司的精细放大器部分，个人兴趣爱好十分广泛。
