影响电路鲁棒性的设计因素思考

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介绍

安森美半导体的鲁棒性，操作温度范围是什么?高电气噪声如何处理?有关ESD和故障保护的怎么样?这些问题不一定是设计工程师在选择IC时认为的第一件事情。尽管如此，鲁棒性是一个长期运行和可靠，信誉良好的高端产品的关键性能参数。这是在恶劣的工作环境是常见的工业环境设计系统时更是如此。工业设备，可以接触到广泛的温度，高电气噪声的电源线或数据线，如ESD或短路故障事件。

今天事实上集成电路在工业环境中的温度标准是-40°C至+85°C时，“扩展”+15°C间高于标准-40°C至+70°C的几年前温度范围。行业的趋势是越来越高的温度下工作，并最终在新的期望将在-40°C至+125°C汽车行业。更高的电流和功率密度使它明显的IC公司必须设计电路承受更宽的温度范围... 被冷落的决策过程。

处理电压瞬变

经常会出现电压瞬变电源线，因为接线不正确的或意外的短裤。如果投入得不到保障，这些瞬变可能会损坏下游电路。系列保险丝具有瞬态电压抑制器(TVS)二极管组成一个简单的和谨慎的电路历来被用来保护对大多数瞬态电压(图1)。

图1。瞬态电压保护电路使用谨慎组件。

瞬态保护使用谨慎组件，然而，有其自身的局限性。TVS二极管保护阈值往往不能得到很好的控制，并且可以随温度急剧变化。另外，发生过压条件后，需要更换保险丝。最后，大的瞬态需要大量的TVS二极管消耗的电路板空间和消耗额外的热量。

更多的控制方式来管理过电压和瞬态事件，是保护阈值和反应电路集成到一个集成电路。每次以确保可靠的响应，内部比较器和二极管的监督和保护IC 设计。一些集成电路集成了数据线的高电压故障保护。为了保护本身不受损坏，故障保护装置将锁定时超过正常的数据线的电压等级。这样的一个例子是MAX4708复用器家庭的。MAX4708/MAX4709包括两个故障检测：一高边高于积极轨NO_电压探测器(V +)，和低端探测器NO_低于负轨电压(V)(图2)的。当在NO_电压超过供电轨，在这一点上，N1和P1的场效应管都关闭发生故障情况。这种方法迅速断开输入和输出的开关故障时，情况发生。

图2。在MAX4708/MAX4709的功能框图。

与RS-485收发器，也可以管理数据系统中的电压瞬变。接收器输入和输出驱动器，一个RS-485 收发器，可能会接触到比-7V至+12 V 共模 EIA/TIA-485标准工业系统在指定的范围内显着更高的电压。新的收发器已设计能够承受这些电压事件，现在甚至可以承受高达±80V(地面)无损伤。这个国家的最先进的技术确保了可靠的保障和业务长寿。

防止ESD和故障

集成ESD电路保护IC ESD事件的损坏，并有助于使整个系统更健壮。

静电放电(ESD)，另一种过压事件发生时，两种材料具有不同的电势接触，传输存储的静电荷，并产生火花。人与周围环境的相互作用，往往会产生静电火花。这些无意的火花可以改变的半导体器件的性能，降低或完全摧毁它。ESD是一个严重的工业问题，估计每年造成数十亿美元的赔偿金。ESD事件发生在事业领域单个组件故障，有时甚至是灾难性的系统故障。

可以使用外部分立元件电路的ESD二极管和其他类型的保护数据线。许多IC器件集成了某种程度的ESD保护IC本身不需要进一步的外部保护。图3显示了一个非常简化的功能框图，一个共同的综合保障计划。尖峰电压信号输入/输出(I / O的)被钳位到V CC或GND和保护内部电路。许多接口产品和模拟开关，集成ESD保护设计符合IEC 1000-4-2标准。值得注意的是，马克西姆最近取得其PROFIBUS的RS-485收发器，ESD 人体模型(HBM)的水平±35千伏MAX14770E。

图3。简化集成ESD保护电路。

结论

虽然鲁棒性的工作温度范围，ESD和短路故障及线路保护，涵盖了从不同组的设计问题，它不是通常的第一件事就是设计工程师地址。这可能是一个严重的错误。在工业市场中的应用需要强大的零部件能够承受恶劣环境与领土。早在这些应用程序的设计阶段，应考虑鲁棒性。