ESD保护电路概况及其电路设计

ESD(静电放电)及ESD保护电路的设计

什么是ESD（静电放电）及ESD保护电路的设计学习资料2008-12-09 08:27:57 阅读592 评论1 字号：大中小订阅来源：电子系统设计静电放电(E SD，electrostatic discharge )是在电子装配中电路板与元件损害的一个熟悉而低估的根源。

它影响每一个制造商，无任其大小。

虽然许多人认为他们是在E SD安全的环境中生产产品，但事实上，E SD有关的损害继续给世界的电子制造工业带来每年数十亿美元的代价。

E SD究竟是什么？静电放电(E SD)定义为，给或者从原先已经有静电(固定的)的电荷(电子不足或过剩)放电(电子流)。

电荷在两种条件下是稳定的：当它“陷入”导电性的但是电气绝缘的物体上，如，有塑料柄的金属的螺丝起子。

当它居留在绝缘表面(如塑料)，不能在上面流动时。

可是，如果带有足够高电荷的电气绝缘的导体(螺丝起子)靠近有相反电势的集成电路(IC)时，电荷“跨接”，引起静电放电(E SD)。

E SD以极高的强度很迅速地发生，通常将产生足够的热量熔化半导体芯片的内部电路，在电子显微镜下外表象向外吹出的小子弹孔，引起即时的和不可逆转的损坏。

更加严重的是，这种危害只有十分之一的情况坏到引起在最后测试的整个元件失效。

其它90%的情况，E SD 损坏只引起部分的降级- 意味着损坏的元件可毫无察觉地通过最后测试，而只在发货到顾客之后出现过早的现场失效。

其结果是最损声誉的，对一个制造商纠正任何制造缺陷最付代价的地方。

可是，控制E SD的主要困难是，它是不可见的，但又能达到损坏电子元件的地步。

产生可以听见“嘀哒”一声的放电需要累积大约2000伏的相当较大的电荷，而3000伏可以感觉小的电击，5000伏可以看见火花。

例如，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS, complementary metal oxide semiconductor)或电气可编程只读内存(E PROM, electricall programmable read-only memory)这些常见元件，可分别被只有250伏和100伏的E SD电势差所破坏，而越来越多的敏感的现代元件，包括奔腾处理器，只要5伏就可毁掉。

CMOS电路ESD保护结构设计

图1 常见ESD的保护结构和等效电路。
在画版图时，必须注意将二级ESD保护电路紧靠输入接收端，以减小输入接收端与二级ESD保护电路之间衬底及其连线的电阻。为了在较小的面积内画出大尺寸的NMOS管子，在版图中常把它画成手指型，画版图时应严格遵循I/O ESD 的设计规则。
如果PAD仅作为输出，保护电阻和栅短接地的NMOS就不需要了，其输出级大尺寸的PMOS和NMOS器件本身便可充当ESD防护器件来用，一般输出级都有双保护环，这样可以防止发生闩锁。
在正常工作情况下， NMOS横向晶体管不会导通。当ESD发生时，漏极和衬底的耗尽区将发生雪崩，并伴随着电子空穴对的产生。一部分产生的空穴被源极吸收，其余的流过衬底。由于衬底电阻Rsub的存在，使衬底电压提高。当衬底和源之间的PN结正偏时，电子就从源发射进入衬底。这些电子在源漏之间电场的作用下，被加速，产生电子、空穴的碰撞电离，从而形成更多的电子空穴对，使流过n- p - n晶体管的电流不断增加，最终使NMOS晶体管发生二次击穿，此时的击穿不再可逆，则NMOS管损坏。
4 结束语
ESD保护设计随着CMOS工艺水平的提高而越来越困难， ESD保护已经不单是输入脚或输出脚的ESD保护设计问题，而是全芯片的静电防护问题。
芯片里每一个I/O 电路中都需要建立相应的ESD保护电路，此外还要从整个芯片全盘考虑，采用整片(whole - chip)防护结构是一个好的选择，也能节省I/O PAD上ESD元件的面积。
一般只要有了上述的大致原则，在与芯片面积折中的考虑下，一般亚微米CMOS电路的抗ESD电压可达到2500V以上，已经可以满足商用民品电路设计的ESD可靠性要求。
对于深亚微米超大规模CMOS IC的ESD结构设计，常规的ESD保护结构通常不再使用了，通常大多是深亚微米工艺的Foundry生产线都有自己外围标准的ESD结构提供，有严格标准的ESD结构设计规则等，设计师只需调用其结构就可以了，这可使芯片设计师把更多精力放在电路本身的功能、性能等方面的设计。

esd保护电路

CMOS电路中ESD保护结构的设计上海交通大学微电子工程系王大睿1 引言静电放电(ESD，Electrostatic Discharge)给电子器件环境会带来破坏性的后果。

它是造成集成电路失效的主要原因之一。

随着集成电路工艺不断发展，互补金属氧化物半导体(CMOS，ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor)的特征尺寸不断缩小，金属氧化物半导体(MOS，Metal-Oxide Semiconductor)的栅氧厚度越来越薄，MOS管能承受的电流和电压也越来越小，因此要进一步优化电路的抗ESD性能，需要从全芯片ESD保护结构的设计来进行考虑。

2 ESD的测试方法ESD模型常见的有三种，人体模型(HBM，Hu-man Body Model)、充电器件模型(CDM，Charge DeviceModel)和机器模型(MM，Machine Mode)，其中以人体模型最为通行。

一般的商用芯片，要求能够通过2kV静电电压的HBM检测。

对于HBM放电，其电流可在几百纳秒内达到几安培，足以损坏芯片内部的电路。

，所以对I／O引脚会进行以下六种测试：1) PS模式：VSS接地，引脚施加正的ESD电压，对VSS放电，其余引脚悬空；2) NS模式：VSS接地，引脚施加负的ESD电压，对VSS放电，其余引脚悬空；3) PD模式：VDD接地，引脚施加正的ESD电压，对VDD放电，其余引脚悬空；4) ND模式：VDD接地，引脚施加负的ESD电压，对VDD放电，其余引脚悬空；5) 引脚对引脚正向模式：引脚施加正的ESD电压，其余所有I／O引脚一起接地，VDD和VSS引脚悬空；6) 引脚对引脚反向模式：引脚施加负的：ESD电压，其余所有I／O引脚一起接地，VDD和VSS引脚悬空。

VDD引脚只需进行(1)(2)项测试3 ESD保护原理ESD保护电路的设计目的就是要避免上作电路成为ESD的放电通路而遭到损害，保证在任意两芯片引脚之间发生的ESD，都有适合的低阻旁路将ESD电流引入电源线。

esd保护电路原理

esd保护电路原理
ESD（静电放电）保护电路是一种用于防止静电放电对电子设备造成损害的电路。

其原理可以通过以下步骤来解释：
1.静电感应：当静电靠近电子设备时，会在设备的外壳和内部电
路中感应出相反的电荷。

2.静电放电：当静电电荷累积到一定程度时，会通过空气或接地
线等途径发生静电放电。

3.ESD保护电路工作：ESD保护电路会在静电放电发生时，迅速将
静电电流引入大地或其他安全的放电途径，以避免静电对设备
内部电路造成损害。

4.保护机制：ESD保护电路通常采用并联的方式连接到电路中，以
防止静电放电电流流过电路中的其他元件，从而保护内部电路
免受静电的损害。

ESD保护电路通常由以下元件组成：
1.放电管：放电管是一种能够承受高电压、大电流的二极管，用
于吸收静电放电产生的电能。

2.电阻：电阻用于限制放电管的电流，避免电流过大对电路造成
损害。

3.电容：电容用于滤除电源噪声，以避免静电放电对电路造成干
扰。

4.二极管：二极管用于防止静电放电电流反向流入电路，保护内
部电路不受损害。

综合来看，ESD保护电路通过并联连接的方式，实现对电路的保护，同时通过放电管、电阻、电容等元件的组合，实现对静电的有效吸收和滤除。

PCB板“ESD保护电路设计”

PCB板“ESD保护电路设计”来自人体、环境甚至电子设备内部的静电对于精密的半导体芯片会造成各种损伤,例如穿透元器件内部薄的绝缘层;损毁MOSFET和CMOS元器件的栅极;CMOS器件中的触发器锁死;短路反偏的PN结;短路正向偏置的PN结;熔化有源器件内部的焊接线或铝线。

为了消除静电释放(ESD)对电子设备的干扰和破坏,需要采取多种技术手段进行防范。

在PCB板的设计当中,可以通过分层、恰当的布局布线和安装实现PCB的抗ESD设计。

在设计过程中,通过预测可以将绝大多数设计修改仅限于增减元器件。

通过调整PCB布局布线,能够很好地防范ESD。

以下是一些常见的防范措施。

几种典型的通用ESD保护电路分享个人的ESD保护9大措施最近在做电子产品的ESD测试，从不同的产品的测试结果发现，这个ESD是一项很重要的测试：如果电路板设计的不好，当引入静电后，会引起产品的死机甚至是元器件的损坏。

以前只注意到ESD会损坏元器件，没有想到，对于电子产品也要引起足够的重视。

ESD，也就是我们常说的静电释放(Electro-Static discharge)。

从学习过的知识中可以知道，静电是一种自然现象，通常通过接触、摩擦、电器间感应等方式产生，其特点是长时间积聚、高电压(可以产生几千伏甚至上万伏的静电)、低电量、小电流和作用时间短的特点。

对于电子产品来说，如果ESD设计没有设计好，常常造成电子电器产品运行不稳定，甚至损坏。

在做ESD放电测试时通常采用两种方法：接触放电和空气放电。

接触放电就是直接对待测设备进行放电;空气放电也称为间接放电，是强磁场对邻近电流环路耦合产生。

这两种测试的测试电压一般为2KV-8KV，同地区要求不一样，因此在设计之前，先要弄清楚产品针对的市场。

以上两种情况是针对人体在接触到电子产品时，因人体带电或其他原因引起电子产品不能工作而进行的基本测试。

全球各地的湿度情况不一样，但是同时在一个地区，若空气湿度不一样，产生的静电也不相同。

mcu芯片内典型的esd保护电路

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MOS芯片的ESD保护电路设计

MOS芯片的ESD保护电路设计ESD（Electrostatic Discharge）保护电路是在MOS芯片设计中非常重要的一部分，其主要作用是保护芯片免受静电放电和其他电压干扰引起的损坏。

在设计ESD保护电路时，需要考虑静电放电的强度、放电路径、放电时间以及芯片的特性。

本文将详细介绍MOS芯片的ESD保护电路设计。

首先，设计ESD保护电路需要了解芯片的工作电压范围和工作环境。

这些参数将决定所需的ESD保护等级和保护电路的设计方案。

通常，ESD保护电路需要满足以下几个基本要求：1.渠道长度匹配：ESD保护电路通常需要使用多个MOS管来承受ESD电流。

为了提高保护效果，这些MOS管的渠道长度应该尽量相等，以保证它们可以均匀分担ESD电流。

在设计过程中，可以采用各种技术来实现渠道长度匹配，例如采用仿射布局或者通过电路设计巧妙应用。

2.延迟时间：ESD保护电路需要尽快响应ESD事件，并将电压降低到安全的范围内。

因此，保护电路的响应时间应该尽量短，以确保芯片能够在ESD事件发生时快速响应，避免损坏。

延迟时间通常可以通过选择合适的电阻和电容参数来调整。

3.低电压降：在ESD事件中，保护电路需要将电压降低到芯片所能接受的安全范围内，以避免芯片受损。

为了实现低电压降，通常会采用多级级联的保护结构，通过分级响应来降低电压。

此外，选择合适的电阻和电容参数也可以帮助减小电压降。

4.高可靠性：ESD保护电路需要能够经受多次击打，无损耗或自愈。

因此，在设计中需要使用具有较高可靠性的器件和元件。

例如，可以采用具有低漏电流和高耐压能力的二极管、MOSFET等元件。

在具体的ESD保护电路设计中，常用的保护结构包括二极管保护、级联保护和母线保护等。

例如，二极管保护方法主要通过将二极管连接在输入和输出之间来分散ESD放电能量，以提供保护。

级联保护方法则通过将多个保护器件级联并设置适当的门控电压来提高保护效果。

除了以上核心的保护电路设计，还可以采取一些其他的措施来增强芯片的ESD保护能力。

esd保护电路原理

esd保护电路原理
ESD（静电放电）保护电路是一种用于保护电子设备免受外部静电放电损害的电路设计。

静电放电是指由于电荷的不平衡而产生的短暂的高电压放电现象，会对敏感的电子器件造成不可逆转的损坏。

ESD保护电路的设计目标是将外部静电放电的能量引导到安
全地方，避免其对电子设备造成伤害。

为了实现这一目标，ESD保护电路通常由以下几个关键部分组成：
1. 静电放电探测器：用于检测外部静电放电事件的发生。

一旦探测到静电放电，它会发送一个信号给保护电路。

2. 充电泵：用于将ESD保护电路与电源之间建立一个高电压差。

这个高电压差是为了将静电放电的能量引导到地。

3. 电压限制器：用于限制引导过来的静电放电能量的电压，并防止其超过设备耐受的最大电压。

4. 可重复使用的保护元件：用于吸收和分散静电放电的能量。

这些元件可以多次使用，因为它们在处理静电放电时可以自愈。

5. 地引线：用于将引导过来的静电放电能量导入地。

地是一个电势为零的点，可以安全地对外部静电放电进行耗散。

综上所述，ESD保护电路的原理是通过静电放电探测器检测
外部静电放电事件，然后利用充电泵建立高电压差将静电放电
能量引导到地引线，并通过电压限制器和可重复使用的保护元件保护电子设备免受损害。

esd保护电路结构

esd保护电路结构
ESD（Electrostatic Discharge）保护电路结构是用来防止静电
放电对电路元件和系统造成损坏的电路结构。

常见的ESD保护电路结构包括：
1. 防护二极管（Clamping Diodes）：将静电放电电流导向地，以减小对电路的影响。

常用的防护二极管有Zener二极管和快
恢复二极管等。

2. 防护电阻（Current Limiting Resistor）：通过限制电流大小，来保护后面的电路。

通常将防护电阻放置在输入信号的路径上。

3. 防护电容（Clamping Capacitor）：通过存储能量来限制静
电放电电流的上升速度，减小对电路的冲击。

4. 防护金属屏蔽（Metal Shielding）：将整个电路或者关键部
分用金属屏蔽罩包裹起来，以防止外部静电电场对电路的干扰。

5. 防护元器件的布局和接地：合理布局元器件，控制其间距和封装，以减小静电放电对元器件的影响。

同时，合理接地可以将静电电荷导向地，减小对电路的影响。

ESD保护电路结构的具体设计需要考虑电路的工作条件、性
能要求以及静电放电的特点等因素，以提供有效的保护。

CMOS芯片的ESD保护电路设计

随着CMOS集成电路产业的高速发展，越来越多的CMOS芯片应用在各种电子产品中，但在电子产品系统的设计过程中，随着CMOS工艺尺寸越求越小，单位面积上集成的晶体管越来越多，极大地降低了芯片的成本，提高了芯片的运算速度。

但是，随着工艺的进步和尺寸的减小，静电释放(ESD)，Elecyro Static Discharge)问题变得日益严峻。

据统计，在集成电路设计中大约40%的失效电路是ESD问题造成的。

MOS晶体管是绝缘栅器件，栅极通过薄氧化层和其他电极之间绝缘。

如果栅氧化层有较大的电压，会造成氧化层击穿，使器件永久破坏。

随着器件尺寸减少，栅氧化层不断减薄，氧化层能承受的电压也不断下降，引起氧化层本征击穿的电场强度约为1 X 107V/cm。

如栅氧化层厚度是50 nm 则可承受的最大电压约50 V，当栅氧化层厚度减少到5 nm，则所能承受的最大电压约为5 V。

因此外界的噪声电压容易引起栅击穿。

特别是外界各种杂散电荷会在栅极上积累，由于MOS 晶体管的栅电容很小，只要少量的电荷就能形成很大的等效栅压，引起器件和电路失效，这就是ESD 问题。

例如，人体所带的静电荷可产生高达几kV的电压，在80%的湿度情况下，人走过化纤地毯可能产生1.5 kV静电压。

ESD对CMOS集成电路的损伤，不仅会引起MOS器件栅击穿，还可能诱发电路内部发生闩锁效畸应。

另外，静电释放产生的瞬时大电流可能造成芯片局部发热，损害器件和电路。

在一般的条件下，ESD不会导致器件即时失效，它往往潜伏在集成电路器件中，这种存在有潜在缺陷的器件在使用时容易失效。

特别是在深亚微米CMOS工艺中，由于溥栅氧化层的击穿电压较低，必须加入有效的在片ESD保护电路以箝位加到内部电路栅氧化层上的过充电压。

1 ESD放电模式与设计方案电路的输入或输出端与电源和地之间的ESD应力有4种模式在集成电路中和外界相连的输入、输出端子比内部器什更容易受到ESD损伤。

esd基本电路

esd基本电路摘要：一、引言二、ESD 基本概念1.ESD 的定义2.ESD 的作用三、ESD 基本电路1.放电电路2.钳位电路3.保护电路四、ESD 电路设计1.设计原则2.设计步骤五、ESD 电路应用1.消费电子2.汽车电子3.通信设备六、ESD 电路的发展趋势1.低功耗2.高性能3.集成化正文：一、引言静电放电（Electrostatic Discharge, ESD）是一种常见的自然现象，当两个带电物体接触或分离时，会产生电荷的转移，从而导致放电现象。

在电子设备中，ESD 会对元器件、电路板和系统造成损害，因此必须采取相应的防护措施。

ESD 基本电路是实现静电防护的关键技术之一，本文将对其进行详细介绍。

二、ESD 基本概念1.ESD 的定义静电放电是一种电荷的突然释放，通常伴随着电磁辐射和热量产生。

在电子设备中，ESD 可能引起元器件参数变化、电路板损坏、系统故障等问题。

2.ESD 的作用ESD 电路的作用是限制静电放电产生的电流，从而减小其对电子设备的影响。

通过合理的电路设计，可以实现对ESD 的有效防护。

三、ESD 基本电路1.放电电路放电电路主要用于消散静电荷，常见的放电方式有空气放电、接触放电和电场放电。

在电子设备中，通常采用金属屏蔽、接地、滤波等技术实现放电。

2.钳位电路钳位电路用于限制放电电流的大小，从而减小其对电子设备的影响。

钳位电路通常包括限压电阻、瞬态电压抑制器（TVS）等元器件。

3.保护电路保护电路是整个ESD 防护系统的核心部分，其作用是在ESD 事件发生时，及时切断电源，避免设备受到损害。

保护电路通常包括过压保护、过流保护等技术。

四、ESD 电路设计1.设计原则在进行ESD 电路设计时，应遵循以下原则：快速响应、低箝位电压、低漏电流、高可靠性等。

2.设计步骤ESD 电路设计主要包括以下步骤：确定防护等级、选择元器件、绘制电路图、仿真分析和优化等。

五、ESD 电路应用1.消费电子消费电子设备中，如手机、平板电脑等，都需要采用ESD 电路进行防护。

esd基本电路

esd基本电路摘要：一、引言二、ESD的基本概念1.ESD的定义2.ESD的作用三、ESD的基本电路1.放电电路2.钳位电路3.保护电路四、ESD电路的设计要点1.器件选型2.电路布局3.电路参数设置五、ESD电路的性能评估1.放电模式2.钳位电压3.响应时间六、ESD电路的应用领域1.消费电子2.汽车电子3.工业控制七、结论正文：一、引言随着电子技术的不断发展，静电放电（ESD）问题日益受到人们的重视。

ESD不仅会对电子设备造成损害，而且可能导致系统故障，影响产品的可靠性和稳定性。

因此，设计有效的ESD保护电路成为电子工程师的重要任务。

本文将详细介绍ESD基本电路的相关知识。

二、ESD的基本概念1.ESD的定义静电放电（Electrostatic Discharge，ESD）是指在静电场作用下，电荷从一个物体转移到另一个物体，或者在物体表面积累并释放的过程。

2.ESD的作用ESD的作用主要表现在两个方面：一是对电子设备造成损害，如击穿元器件、损坏电路板等；二是导致系统故障，影响产品的可靠性和稳定性。

三、ESD的基本电路1.放电电路放电电路是ESD保护电路的核心部分，主要作用是在ESD事件发生时，将积累的静电荷迅速释放，以减小对电子设备的损害。

2.钳位电路钳位电路的作用是在ESD事件发生时，将电压箝位在一个安全范围内，以防止电压过高对电子设备造成损害。

3.保护电路保护电路包括过压保护、过流保护等，用于在ESD事件发生时，对电路起到保护作用。

四、ESD电路的设计要点1.器件选型在设计ESD电路时，应选择具有较高抗ESD能力的元器件，如陶瓷电容、金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）等。

2.电路布局合理的电路布局可以减小ESD电路的面积，提高其抗干扰能力。

同时，应尽量使ESD电路远离敏感电路，以减小ESD对敏感电路的影响。

3.电路参数设置合适的电路参数设置可以提高ESD电路的性能。

如放电电阻的阻值应根据放电电流大小选择，钳位二极管的电压应根据输入电压范围确定。

ESD保护电路的设计

ESD保护电路的设计静电放电（ESD）会给电子产品带来致命的危害，它不仅降低了产品的可靠性，增加了维修成本，而且不符合欧洲共同体规定的工业标准EN61000-4-2，产品就不能够在欧洲销售。

所以电子设备制造商通常会在电路设计的初期就考虑ES D保护。

本文将讨论ESD保护电路的几种方法。

ESD的危害ESD基本上可以分为三种类型，一是各种机器引起的ESD，二是家俱移动或设备移动引起的ESD，三是人体接触或设备移动引起的ES D。

这三种种ES D对于半导体器件的生产和电子产品的生产都非常重要。

电子产品在使用过程最容易受到第三种ES D的损坏，便携式电子产品尤其容易受到人体接触产生的ESD的损坏。

在一般情况下ES D会损坏与之相连的接口器件，另一种情况是遭受ES D冲击后的器件可能不会立即损坏，而是性能下降导致产品过早出现故障。

当集成电路（IC）经受ESD时，放电回路的电阻通常都很小，无法限制放电电流。

例如将带静电的电缆插到电路接口上时，放电回路的电阻几乎为零，造成高达数十安培的瞬间放电尖峰电流，流入相应的IC管脚。

瞬间大电流会严重损伤IC，局部发热的热量甚至会融化硅片管芯。

ESD对IC的损伤还包括内部金属连接被烧断，钝化层受到破坏，晶体管单元被烧坏。

ESD还会引起IC的死锁（LATCHUP）。

这种效应和CMOS器件内部的类似可控硅的结构单元被激活有关。

高电压可激活这些结构，形成大电流信道，一般是从VCC到地。

串行接口器件的死锁电流可高达1A。

死锁电流会一直保持，直到器件被断电。

不过到那时，IC通常早已因过热而烧毁了。

ESD冲击后可能存在两个不易被发现的问题，一般用户和IEC测试机构使用传统的“环路反馈方法”和“插入方法”进行测试，通常检测不出这两个问题。

一个问题是RS-232接口电路中接收器对发送器产生交叉串扰。

同类产品RS-232接口电路中的ESD保护结构可能对某种波形的ESD或某个ESD冲击电压失效，经过ESD冲击后在接收器输入端和发送器输出端之间形成通路，从而导致接收器对发送器产生交调（图1）。

静电保护（ESD）原理和设计

静电保护（ESD）原理和设计一直想给大家讲讲ESD的理论，很经典。

但是由于理论性太强，如果前面那些器件理论以及snap-back理论不懂的话，这个大家也不要浪费时间看了。

任何理论全都是一环套一环的，如果你不会画鸡蛋，注定了你就不会画大卫静电放电(ESD: Electrostatic Discharge)，应该是造成所有电子元器件或集成电路系统造成过度电应力(EOS: Electrical Over Stress)破坏的主要元凶。

因为静电通常瞬间电压非常高(>几千伏)，所以这种损伤是毁灭性和永久性的，会造成电路直接烧毁。

所以预防静电损伤是所有IC设计和制造的头号难题静电，通常全都是人为产生的，如生产、组装、测试、存放、过程中都有可能使得静电累积在人体、搬运、仪器或设备中，甚至元器件本身也会累积静电，当人们在不知情的情况下使这些带电的物体接触就会形成放电路径，瞬间使得电子元件或系统遭到静电放电的损坏(这就是为什么以前修电脑都必须要配戴静电环托在工作桌上，防止人体的静电损伤芯片) ，如同云层中储存的电荷瞬间击穿云层产生剧烈的闪电，会把大地劈开一样，而且通常全都是在雨天来临之际，因为空气湿度大易形成导电通到展开剩余93%那么，如何防止静电放电损伤呢？首先当然改变坏境从源头减少静电(比如减少摩擦、控制空气温湿度、少穿羊毛类毛衣、)，当然这不是我们今天讨论的重点。

我们今天要讨论的时候如何在电路里面涉及保护电路，当外界有静电的时候我们的电子元器件或系统能够自我保护避免被静电损坏(其实就是安装一个避雷针)。

这也是很多IC设计和制造业者的头号难题，很多公司有专门设计ESD的团队，今天我就和大家从最基本的理论讲起逐步讲解ESD保护的原理及注意点，你会发现前面讲的PN结/二极管、三极管、MOS管、snap-back全都用上了以前的专题讲解PN结二极管理论的时候，就讲过二极管有一个特性：正向导通反向截止(不记得就去翻前面的课程) ，而且反偏电压继续增加会发生雪崩击穿(Avalanche Breakdown)而导通，我们称之为钳位二极管(Clamp)这正是我们设计静电保护所需要的理论基础，我们就是利用这个反向截止特性让这个旁路在正常工作时处于断开状态，而外界有静电的时候这个旁路二极管发生雪崩击穿而形成旁路通路保护了内部电路或者栅极(是不是类似家里水槽有个溢水口，防止水龙头忘关了导致整个卫生间水灾)那么问题来了，这个击穿了这个保护电路是不是就彻底死了？难道是一次性的？答案当然不是。

esd基本电路

esd基本电路摘要：1.ESD 基本电路的概述2.ESD 基本电路的组成3.ESD 基本电路的工作原理4.ESD 基本电路的应用领域5.ESD 基本电路的优缺点正文：【1.ESD 基本电路的概述】ESD 基本电路，即静电放电保护电路，是一种用于保护电子设备免受静电放电损害的电路。

静电放电会对电子设备造成严重的损坏，导致设备失效。

因此，在电子设备的设计和制造过程中，ESD 基本电路被广泛应用，以确保设备在使用过程中的稳定性和可靠性。

【2.ESD 基本电路的组成】ESD 基本电路主要由以下几个部分组成：(1) 保护元件：保护元件是ESD 基本电路的核心部分，通常采用TVS 二极管、变压器、滤波器等元件，用于将输入信号中的静电放电电压限制在安全范围内，防止设备受到损坏。

(2) 滤波器：滤波器用于滤除输入信号中的高频噪声，保证设备正常工作。

(3) 接地：ESD 基本电路需要良好的接地系统，以便将静电放电电流迅速引入地面，避免设备受到损害。

【3.ESD 基本电路的工作原理】当设备遭受静电放电时，ESD 基本电路会发挥以下作用：(1) 电流分流：ESD 基本电路中的保护元件可将输入信号中的静电放电电流分流到地面，避免电流通过设备内部电路，从而降低设备受到的损害。

(2) 电压钳位：保护元件可在静电放电过程中，将电压限制在设备可承受的范围内，避免设备因电压过高而损坏。

【4.ESD 基本电路的应用领域】ESD 基本电路广泛应用于以下领域：(1) 电子消费品：如手机、电视、电脑等设备，以确保设备在使用过程中的稳定性和可靠性。

(2) 工业控制领域：如自动化设备、传感器等，防止静电放电对设备造成损坏。

(3) 医疗设备：如心电图机、监护仪等，确保设备在各种环境下的可靠性和稳定性。

【5.ESD 基本电路的优缺点】(1) 优点：ESD 基本电路可有效保护电子设备免受静电放电的损害，提高设备的可靠性和稳定性，延长设备使用寿命。

二极管esd保护原理与电路结构

二极管esd保护原理与电路结构
二极管ESD（静电放电）保护原理是利用二极管的特性，将ESD 电流通过二极管导通通路的方式，将静电电荷迅速引入地或电源线，从而保护被保护元件免受ESD的损害。

二极管ESD保护电路一般包括两个二极管以及一些辅助元件组成。

其中一个二极管作为负载二极管，负责接收ESD电流，另一个二极管则作为反向二极管，负责将ESD电流引入地或电源线。

辅助元件可以包括基准电阻、抑制电容等，用于实现对ESD电流的滤波、限流等功能。

常见的二极管ESD保护电路结构有以下几种：
1. 单向保护二极管结构：使用两个二极管分别连接在信号线与地线之间，通过引入地将ESD电流导向地。

2. 双向保护二极管结构：使用两个二极管连接在信号线和地线之间，一个二极管是正向导通的，另一个二极管是反向导通的，通过将ESD 电流引入地线或电源线保护信号线。

3. 串联二极管结构：将多个二极管串联在一起，通过增加二极管数量来提高ESD保护能力。

需要注意的是，二极管ESD保护电路的设计需要根据具体的应用场景和保护需求进行选择和优化，以确保有效地保护被保护元件免受ESD的损害。

CMOS电路芯片ESD保护电路设计技术分析

CMOS电路芯片ESD保护电路设计技术分析摘要：静电是造成CMOS电路芯片失效机理的主要因素之一，严重时还会引发电路自燃现象。

因此，探讨ESD对于CMOS电路芯片保护而言存在一定的必要性。

基于此，本文简单分析提升ESD保护能力的常用方式及保护原理，并深入探讨CMOS电路芯片ESD保护电路结构设计，以供参考。

关键词：静电放电；CMOS电路芯片；ESD保护引言：静电通常会在电路芯片使用、测试、封装与制造过程中产生，而静电放电现象会为各种电子器件造成不同程度的损伤，静电累积电荷在某种情况下可瞬间达到几百千瓦功率，对电路芯片伤害强度极大。

因此，必须通过合理设计ESD电路芯片保护结构，进而降低静电对电路芯片的破坏。

1.ESD的失效模式通常来讲，导致产生ESD的原因不同对CMOS电路芯片放电方式也会有所不同，最为常见的ESD现象模型为电场感应模型、带电器件模型、机器模型和人体模型。

其中人体模型在整体放电过程时会在上百纳秒内瞬间产生有数安倍电流的释放，其对电路芯片的整体伤害相对较轻。

机械模型放电时间通常较短，只在几十纳秒内便会产生有数安培的电流瞬间释放，可在一定程度上危害机械模型。

而带电体模型则放电时间更短，其对电路芯片整体危害最大，在几纳秒内便会将电流释放量达到十几安培。

引发ESD失效的根本原因为电失效和热失效两种。

其中热失效主要由于电路系统局部电流过于集中而产生热量，使各种器件金属区域芯片产生热斑或将线路熔化，进而造成二次击穿。

电失效则是因为栅氧化物上施加的电压强度超出其介质最高强度，进而导致相关介质被表面击穿或结构击穿。

而ESD的整体失效模式主要包括潜在失效、软失效与硬失效三种模式。

1.提升ESD保护能力的常用方法2.1从制程上改进现阶段，从整体上优化ESD保护能力主要通过两种方式执行：即增设阻挡层金属硅化物掩膜板及ESD保护系统注入工序。

以上两道增设工序可充分提升电路芯片器件本身对ESD的承受能力，但在一定程度上增加了大量改进成本[1]。

谈谈集成电路ESD保护的器件和电路

谈谈集成电路ESD保护的器件和电路展开全文各位群友，大家晚上好，我是黄晓宗，一直从事模拟和混合信号IC设计工作，对ESD保护设计有一定的心得，今天和大家谈谈集成电路ESD保护的器件和电路，在交流的过程中会分享一些实际的案例，希望能够为大家做一些基础知识的铺垫，也感谢大家在这里进行交流。

我将分为以下部分介绍，在完成背景介绍后，将在第二、三和四章针对基本器件、二极管、SCR器件提高维持电压的技术进行讨论。

然后，通过工程案例和器件应用，分析和优化全芯片ESD保护设计；第五章将讨论SiP ESD中板级和片上协同保护的策略，提高系统的保护能力。

静电放电现象在日常生活中非常常见，干燥的冬天手指触碰到金属门把手，就会发生放电现象。

不同物体的接触和分离就是最常见的静电产生方式，例如摩擦可产生静电。

人体有感觉的静电放电电压在3000—5000V，这些静电对人体并不是致命的，但是对没有静电防护的电子产品来说可能会造成非常严重的后果。

电子产品离不开芯片，也就离不开ESD保护设计。

以我们的手机为例，移动电话转向智能电话技术，智能手机按键被触摸技术替代，取消了按键接口，人机交互通过触摸屏完成。

虽然目前的智能手机仍有耳机、电源充电、电源按键等端口外露，但是已经大大减少。

对于未来发展，当“非接触技术”（类似手势控制）替代目前的“接触技术”，那么直接的人机交互将减少静电损伤的风险。

芯片在生产、封装、测试、组装等过程中都受到ESD的威胁，所以保护设计也就贯穿整个芯片的始终。

这是典型的ESD失效照片。

一般来讲，一颗芯片上都会有相应的ESD保护电路，其目标就是泄放电流和钳位电压，保护脆弱的内部电路。

当然，RF电路为了性能的考虑，可能无ESD保护结构，其静电能力就可能200V-250V。

ESD对IC的损伤主要有两类，即大电流产生局部热量、高电场损伤绝缘层，都会导致电路或者器件功能性能的异常。

ESD保护的基本原理就是并联保护器件，以此泄放大电流和钳位高电压，避免对内部电路造成损伤。

二极管esd保护原理与电路结构

二极管esd保护原理与电路结构
二极管ESD保护原理是利用二极管在正向偏置下具有较低的
电阻，在逆向偏置下具有较高的电阻的特性。

当出现静电放电（ESD）时，二极管会迅速转变为逆向偏置状态，从而将静电放电的能量引导到地或其他低阻抗路径上，从而保护被保护电路免受静电放电的损害。

二极管ESD保护电路通常采用反向并联二极管的结构，常见
结构有：
1. 反向并联二极管电路：将两个二极管反向并联，一个二极管的正向偏置电压为正向击穿电压，另一个二极管的正向偏置电压稍高。

这样可以使其中一个二极管在较低电压下工作，吸收ESD的能量；另一个二极管在较高电压下工作，提供更高的
击穿电压。

2. 差分双向二极管电路：通过并联两个反向并联二极管电路，其中一个二极管用于正向保护，另一个二极管用于负向保护，以实现对于正负方向ESD的保护。

3. 基极结保护结构：在晶体管的B-E端并联一个二极管，以
实现对于晶体管的ESD保护。

当ESD事件发生时，二极管将
导向晶体管的基极，使其处于截至状态，保护晶体管不受损害。

这些二极管ESD保护电路结构可以根据不同的应用需求进行
选择和设计，并常常与其他ESD保护元器件（如电阻、电容、放电管等）一起使用，以增强保护效果。