ESD 클램프 다이오드 선택
IEC 61000-4-2 보호를 위한 클램프 다이오드의 피크 전류, 전력 소산 및 클램핑 비율을 계산합니다.
공식
작동 방식
ESD 클램프 선택 계산기는 USB, HDMI, 이더넷 및 외부에서 액세스할 수 있는 인터페이스에 필수적인 IEC 61000-4-2 보호를 위한 TVS 다이오드 파라미터를 결정합니다.하드웨어 엔지니어는 이를 사용하여 접점 방전 상승 시간이 1ns 미만인 시간 내에 8kV ESD 이벤트를 안전 전압 (3.3V IC의 경우 5.5V 미만) 으로 클램핑하는 보호 장치를 선택할 수 있습니다.
IEC 61000-4-2 및 JEDEC JESD22-A114 규정에 따라 ESD 보호를 위해서는 15-30A의 피크 전류를 처리하면서 IC의 절대 최대 정격 정격 이하의 클램핑 전압 V_cl을 필요로 합니다. 레벨 4 접점 방전 (8kV) 의 경우 피크 전류 i_pK = (V_ESD - V_Cl) /330옴 (인체 모델 임피던스).V_Cl = 15V인 경우: i_PK = (8000-15) /330 = 24.2 A. 피크 파워 p_pK = v_CL x i_PK = 363W, 하지만 약 1ns에만 해당됩니다.
클램핑 비율 v_CL/V_ESD는 보호 효율을 나타냅니다.ON 세미컨덕터 애플리케이션 노트에 따르면 우수한 TVS 다이오드는 V_CL/V_ESD < 0.005 (8kV 이벤트의 경우 15V 클램프) 를 달성합니다.첫 나노초 동안의 전압 오버슈트는 TVS 접합 커패시턴스에 따라 달라집니다. 커패시턴스가 임피던스 불일치와 눈 저하를 유발하는 고속 인터페이스 (USB 3.0, HDMI 2.1) 에서는 낮은 커패시턴스 (<0.5pF) 가 중요합니다.
JEDEC 및 USB-IF 사양에 따라 ESD 보호는 신호 무결성을 저하시키지 않아야 합니다.USB 3.0 (5Gbps) 의 경우 TVS 커패시턴스는 0.5pF 미만이어야 하고, USB 3.2 Gen 2 (10Gbps) 의 경우 0.25pF 미만이어야 합니다.저속 인터페이스 (USB 2.0:5pF 미만, GPIO: 15pF 미만) 에는 더 높은 커패시턴스의 TVS 디바이스를 사용할 수 있습니다.
계산 예제
문제: USB 타입 C 포트 (3.3V 로직, IEC 61000-4-2 레벨 4 접점, 10Gbps 속도의 USB 3.2 Gen 2) 에 대해 ESD 보호를 선택하십시오.
IEC 61000-4-2에 따른 솔루션: 1.IC 최대 등급: 절대 최대값 5.5V의 3.3V 로직 (3.3V CMOS의 경우 일반) 2.필수 V_Cl: 최대 ESD 전류에서 5.5V 미만 3.레벨 4 접점: V_ESD = 8 kV, i_PK = (8000-5.5) /330 = 24.2 A 4.TVS 검색: V_Cl 24A에서 5.5V 미만, 10Gbps의 경우 커패시턴스 < 0.25pF 5.선택: 넥스페리아 PESD5V0C1BSF (v_CL = 8V, 16A, 0.15pF, SOD-923 패키지) 6.24A: V_Cl에서 약 12V (데이터시트 곡선에서 추정한 값) 에서 확인 — 너무 높습니다! 7.대안: TI TPD1E10B06 (V_Cl = 30A, 0.18pF에서 4.5V) — 요구 사항 충족 8.클램핑 비율: 4.5/8000 = 0.00056 — 우수
배치: USB 커넥터 핀으로부터 2mm 이내, TVS 패드 바로 아래에 접지하여 인덕턴스를 최소화합니다.커넥터와 TVS 사이의 직렬 저항 (10-33옴) 은 dV/dT를 제한하는 데 도움이 됩니다.
실용적인 팁
- ✓다중 핀이 있는 커넥터에는 다중 채널 TVS 어레이를 사용하십시오. Nexperia에 따르면 TVS 어레이 (4-8 채널) 는 보드 공간을 절약하고 차동 쌍에 대해 일치하는 커패시턴스를 제공합니다.채널당 볼륨 기준 약 0.10~0.30달러의 비용이 듭니다.
- ✓커넥터와 TVS 사이에 소형 직렬 저항 (10-47옴) 을 추가합니다. TI 애플리케이션 노트에 따르면, 이는 ESD 이벤트 시 dV/dt를 제한하고 TVS가 더 빠르게 켜지도록 지원하여 피크 오버슈트를 20-30% 줄입니다.
- ✓실제 IEC 61000-4-2 테스트를 통해 ESD 성능을 확인하십시오. ON 세미에 따르면 PCB 레이아웃은 클램핑 전압에 10-30% 영향을 미칩니다.그라운드 인덕턴스, 트레이스 길이 및 비아 배치는 모두 실제 성능에 영향을 미칩니다.
흔한 실수
- ✗스탠드오프 전압만으로 TVS 선택 — ON Semi에 따라 스탠드오프 전압은 클램핑 전압이 아니라 DC 작동 전압입니다.5V 스탠드오프 TVS는 8kV ESD에서 9V의 클램핑 전압을 발생시켜 3.3V IC에 손상을 줄 수 있습니다.항상 V_CL이 정격 ESD 전류인지 확인하십시오.
- ✗고속 인터페이스의 커패시턴스를 무시하면 — USB-IF당 1pF 이상의 TVS는 5Gbps에서 5-10% 의 아이 클로징을 유발합니다.10Gbps 이상의 인터페이스의 경우 회선당 0.25pF 미만인 TVS 어레이를 사용하십시오.표준 TVS (5~15pF) 는 저속 신호에만 적합합니다.
- ✗ESD 보호를 커넥터에서 멀리 떨어진 곳에 배치 — JEDEC 지침에 따라 커넥터와 TVS 사이의 모든 mm 트레이스를 통해 클램핑 전에 ESD 스파이크가 전파될 수 있습니다.TVS를 커넥터 핀으로부터 2mm 이내에 배치하고 장치 아래에 직접 접지하십시오.
자주 묻는 질문
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