Диссертация (1137175), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В неблагоприятных условияхэлектронные компоненты могут отказать после ЭСР, если печатная платазаряжена до статического потенциала всего 100 В [8]. Данные с указаниемпорогов отказов конкретных электронных компонентов в открытой печатиотсутствуют. Поэтому целесообразно провести экспериментальное исследование данного вида ЭСР и разработать методику его моделирования.1.3.5. Имитаторы ЭСРДля испытаний электронных компонентов на воздействие ЭСР применяются специальные приборы, называемые имитаторами ЭСР, выпускаемыесерийно. Данные приборы содержат в своей конструкции разрядную головку и источник высокого напряжения с микроконтроллерным управлением.Имитатор ЭСР обеспечивает контактный разряд и разряд через воздушныйпромежуток.Например компанией TESEQ (Швейцария) выпускается портативныйимитатор разряда NSG-435.
Имитатор имеет батарейное питание и обеспечивает разряд при напряжении от 200 до 16,5 кВ. Внешний вид имитаторапоказан на рис.1.8.23Рис. 1.8. Имитатор ЭСР TESEQ NSG4351.4. Методы защиты электронных компонентов отвлияния статического электричества1.4.1.
Схемотехнические методыПервым средством для защиты электронных устройств от ЭСР являетсяих конструирование таким образом, чтобы они были наименее восприимчивык ЭСР, что достигается применением рациональной схемотехники. Рассмотрим схемотехнические методы защиты полупроводниковых компонентов отпрямого воздействия ЭСР.Схемотехническая защита от ЭСР состоит в том, чтобы энергия импульса разряда поглощалась элементами схемы защиты и не попадала бы на входили выход чувствительного компонента и не вызывала бы его повреждения,например пробой подзатворного диэлектрика в транзисторе с изолированнымзатвором. Схема защиты обычно выполняется встроенной в кристалл микросхемы.При этом обычно используется свойства вольт-амперных характеристик(ВАХ) p-n перехода.
В обратном включении дифференциальное сопротивление диода велико и он не оказывает влияния на входной сигнал, в прямомвключении дифференциальное сопротивление диода мало, и он начинает шун24тировать источник сигнала. Наиболее популярная схема защиты от ЭСР, применяемая в КМДП-микросхемах показана на рис.1.9 по данным [52].Рис. 1.9. Схема защиты микросхем КМДП-логики от ЭСР с применением диодов (а) иМДП-транзисторов (б)Здесь диод D1 открывается под воздействием импульса отрицательнойполярности, а диод D2 — импульса положительной полярности амплитудойпревышающей напряжение источника питания.
Энергия импульса при этомрассеивается в сопротивлении базы диода. Аналогично работают диоды навыходе микросхемы. Диоды должны обладать малой ёмкостью p-n перехода,чтобы не снижалось быстродействие схемы. В варианте схемы с использованием МДП-транзистора используются паразитный горизонтальный биполярный транзистор образующиеся между стоковыми и истоковыми областямиМДП-транзистора.Также при для защиты входных и выходных цепей электронных устройствот перенапряжений, вызываемых ЭСР могут применяться стабилитроны. Основное назначение стабилитрона — стабилизация напряжения постоянного тока.
При этом используется свойство обратной ветви ВАХ стабилитрона. Принекотором обратном напряжении стабилитрон переходит в режим лавинногопробоя и он будет шунтировать импульс высокого напряжения. Стабилитро25ны включаются параллельно входу защищаемой схемы. Если используетсясборка из двух стабилитронов, соединённых встречно-последовательно, то такая цепь будет защищать от перенапряжений и положительной, и отрицательной полярности. Стабилитрон имеет повышенную ёмкость перехода (порядка десятков-сотен пикофарад) и поэтому непригоден в быстродействующихсхемах.
В таких схемах должна использоваться сборка из последовательновключённого высокочастотного диода и стабилитрона.Современная промышленность выпускает специальные полупроводниковые компоненты, предназначенные для защиты от перенапряжений. К ним отноятся лавинные диодные ограничители или иначе TVS-диоды (TVS - TransientVoltage Supressor) [59].
Эти приборы представляют собой последовательно соединённые в одном корпусе высокочастотный диод и стабилитрон специальной конструкции. TVS-диоды могут рассеивать импульсную (но не непрерывную) мощность до нескольких киловатт. Схема включения TVS-диода и путипротекания токов импульса показаны на рис.1.10Рис. 1.10. Схема включения TVS-диодаКак видно из схемы, TVS-диод ограничивает амплитуду импульса и отводит ток импульса от нагрузки. Выпускаются симметричные и несимметричные TVS-диоды. Симметричные диоды способны подавлять импульсы иположительной, и отрицательной полярности.
Несимметричные подавляютнапряжение только одной полярности. ВАХ симметричного и несимметричного TVS-диода показана на рис.1.1126Рис. 1.11. ВАХ несимметричного (слева) и симметричного (справа) TVS-диодаTVS-диод так же как и стабилитрон при превышении некоторого обратного напряжения переходит в режим лавинного пробоя. Но в отличиеот стабилитрона, он специально предназначен для рассевания значительнойимпульсной мощности. TVS-диоды выпускаются в корпусах для монтажа вотверстия и для поверхностного монтажа.В металлооксидных варисторах используется зависимость сопротивления полупроводников (например оксида цинка) от приложенного напряжения.
Если к варистору приложено малое напряжение, то его сопротивлениевелико, и он не оказывает влияния на защищаемую схему. При возрастаниинапряжения сверх некоторого значения, называемого классификационнымнапряжением, сопротивление варистора резко уменьшается и он шунтирует защищаемую цепь и отводит на себя мощность импульса перенапряжения.Для защиты электронных схем обычно используются оксидно-цинковые варисторы с малой ёмкостью.
Они изготавливаются на классификационное напряжения начиная с десятков вольт. Варистор включается параллельно защищаемой цепи. Выпускаются варисторы в корпусах для монтажа в отверстияи для поверхностного монтажа.Со временем параметры варисторов деградируют. Ток утечки варистора27возрастает и он начинает шунтировать защищаемую цепь.Перспективным компонентом для защиты от ЭСР сигнальных цепейбыстродействующих устройств являются ограничители на полимерных материалах [60]. По свойствам и виду ВАХ эти приборы подобны варисторам,но имеют особо малую собственную ёмкость (0,05-1 пФ).В некоторых случаях возможно применение материалов с искусственно увеличенной проводимостью для печатных плат РЭА. При этом обеспечивается стекание зарядов и статический заряд не накапливается.
Поэтомувозможность ЭСР полностью устранена. В [45] такой подход предложен применительно к бортовой аппаратуре космических аппаратов.1.4.2. Методы защиты от ЭСР на этапе производстваГлавными способами подавления статических зарядов в производстве являются заземление и применение антистатических браслетов. Также применяются антистатические материалы с увеличенной объёмной проводимостью.В особых случаях используется ионизация воздуха. Требования к средствамзащиты от ЭСР устанавливает группа стандартов МЭК61340 [19, 21–23].Заземление поддерживает антистатические материалы, оборудование иперсонал под одинаковым статическим потенциалом.
Все проводящие и антистатические материалы, включая персонал должны быть соединены с землёй,чтобы создать баланс потенциалов. Антистатическая защита может быть выполнена и путём поддержания всех объектов в рабочем пространстве и поддругим потенциалом, отличным от потенциала земли. Все объекты в рабочейзоне должны быть подключены к одной точке заземления называемой общейточкой заземления.Антистатический браслет состоит из манжеты, которая застёгиваетсяна запястье и заземляющего провода, оканчивающегося штеккером, который28подключается к колодке заземления. В манжету встроена металлическая пластина, которая контактирует с кожей запястья и отводит статический заряд стела человека через провод заземления на землю.
В манжету также встроенрезистор сопротивление, как правило, 1 МОм, через который тело человекасоединяется с землёй. Такое сопротивление является оптимальным.1.5. Вопросы моделирования процесса ЭСРВопросу моделирования процесса ЭСР и разработки специализированного программного обеспечения (ПО) для такого моделирования посвященымногочисленные публикации в зарубежной и российской литературе.Для испытаний электронных компонентов на воздействие ЭСР служатимитаторы ЭСР. Различными исследователями ставится задача компьютерного моделирования воздействия ЭСР на электронные компоненты. Данномувопросу посвящена статья [39].
В статье предложена компьютерная модельгенератора ЭСР. В результате моделирования даются поля и токи электростатического разряда. Имеется хорошее согласование электромагнитных полейпри разряде получаемых при измерениях и при моделировании.При электростатическом разряде может возникать электрическая дугав коротком воздушном промежутке. Вопросу моделирования дуги посвящена статья [6]. Рассматриваются лавинные и поверхностные процессы в дуге.Предложены две модели дуги : феноменологическая и физическая.
Предложена новая методика для математического описания сочетания лавинных иповерхностных процессов в дуге. Сравниваются данные моделирования и измерений. Осуждаются достоинства и недостатки предложенных моделей. Полученные результаты помогают оптимизировать тестирование на ЭСР.Моделирование переходных полей при ЭСР от объёмных объектов рассматривается в статье [9]. В статье предложен алгоритм для моделирования29полей переходного процесса при ЭСР человек-металл. Алгоритм моделирования использует метод моментов и модель нелинейного сопротивления дугидля моделирования дуги. Токи и поля переходного процесса анализируютсяс точки зрения электромагнитной совместимости. Проверка численного моделирования выполнена путём сравнения с экспериментальными данными.Имеется хорошее согласование данных моделирования и измерений по пиковым значения токов и полей.Таким образом на основании анализа приведённых данных видим, чтоосновная часть исследований посвящена моделированию ЭСР с точки зрения электромагнитной совместимости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
