AN-793_cn(iCoupler 隔离产品的ESD闩锁考虑因素).doc

AN-793 应用笔记 One Technology Way ? P.O. Box 9106 ? Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. ? Tel: 781.329.4700 ? Fax: 781.461.3113 ? iCoupler?隔离产品的ESD/闩锁考虑因素 作者：Rich Ghiorse 简介 器件与系统 ADI公司的iCoupler产品提供了一种替代光耦的隔离解决方 案，具有出色的集成度、性能和功耗特性。一个iCoupler 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 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iCoupler采用CMOS技术，因此在系统级ESD 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 (静电放电)、电涌电压、快速瞬变或其它过压条件下，它 比光耦更容易受到闩锁或ESD的破坏。 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。 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。 器件级ESD测试非常有用，可以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时的稳定 性，。然而，对于确定器件在系统内遭受系统级ESD事件 的稳定性，器件级ESD数据则不太有用。其原因有如下两 图 1. ADuM140x四通道隔离器 方面： 本应用笔记提供关于避免这些问题的指南。针对各种系统 ? 系统级与器件级ESD测试的目的不同。器件级测试所 级测试配置，本文举例说明了其可能影响性能的机制。针 应对的情况通常是器件搬运和组装过程中会遇到的情况， 对每个示例，本文都给出了推荐解决方案。 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 ADI公司推出的大部分iCoupler产品的强化版本具有更高的 闩锁和电气过应力(EOS)耐受能力。这个新产品系列 ADuM3xxx将与现有ADuM1xxx系列产品引脚兼容，并提 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 供相同的性能规格。两个产品系列将持续共存，以便客户 地之间的长感性走线对器件造成的电压瞬变，实际上比它 选用。 对系统在测试点造成的电压瞬变可能更为严重。 REV.0| Page 1 of 8  AN-793 表I总结了四通道隔离器ADuM140x的ESD测试结果。从表I 看，可能有人会认为，iCoupler只能用于ESD额定值小于4 kV的系统。但实际上，iCoupler用于ESD额定值超过15 kV (IEC 61000-4-2标准)系统的现象非常常见。 出现这种差异的原因在于测试方法不同： 图2. 有助于分析系统设计的iCoupler模型 器件级测试要求将ESD事件直接作用于未加电器件的引脚 或本体，而系统级测试则要求将ESD事件作用于系统中可 能受外部ESD现象影响的各个位置。此外，器件级测试和 系统级测试所用的特定波形也不同。 表 I.ADuM140xESD测试结果 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V DD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EOS造 ESD模型 第一次通过 电压(V) 第一次失败 电压(V) 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 人体模型 3,500 4,000 能下降等。更为有害的是潜在故障，可能影响日后的系统 场感应充电装置模型 1,500 2,000 运行。《模拟对话》杂志曾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 机器模型 200 400 CMOS开关闩锁的战争”。虽然该文主要讨论的是CMOS开 欲了解ADI公司ESD测试的详细信息，请参考ADI公司《可靠性手册》。 关的问题，但它也普遍适用于所有CMOS器件，包括 为了准确预测iCoupler在系统中的性能，设计人员需要了 解系统测试的性质，并评估其在器件层面对iCoupler的影 响。表II列出了iCoupler应用常用的系统级测试。稍后将讨 论这些测试的几个实例。 iCou