ESD器件怎样解决所有保护问题？
抗静电(esd)器件有时被作为一种“万能保护方案”用于不同场合，这显然是一个误区。我们的目标是依照20-80%的原则——一种商业运作规则，即“80%的销售额源于20%的客户”，利用一个简单电路(图1)解决大多数应用中的esd保护问题。
该电路取自一个工厂的逻辑控制单元(plc)系统，类似电路还可用于电信和消费类产品。例如，1913电话手册中讨论的避雷器esd保护装置。金属火花隙可以完成同样功能，但由于它们易溶化，需要频繁更换，成本相对较高。比较好的选择方案是碳砖，即使碳砖表面会变成粉末脱落并导致短路。典型应用中在碳砖之间加上0.005至0.01英寸的云母片，进行隔离。
图1. 20-80% esd保护电路
图1中，可以在a、b处分别串联一个保险丝，系统发生故障时，例如市区电话线接触到600v的电车线揽时，保险丝将熔断。图中c1可以用碳砖电弧保护器替代，碳砖在发生打火时将吸收很大电流，使保险丝熔断。把低熔点金属垫片嵌在碳砖内，即使保险丝没有熔断碳砖也会溶化，提供一个电弧放电通路。这种情况并不常见，但在工厂中时常会在保护电路的输入端出现意外的高压信号。为了限制高压，可以使用气隙放电避雷器、金属氧化物变阻器、二极管抑制器、三端可控硅开关元件以及双端交流开关元件。
参照图1，我们可以把esd器件分为三类：
● 限压器：气隙放电避雷器、金属氧化物变阻器、二极管抑制器、三端可控硅开关元件、双端交流开关元件、开关器件等。
● 限流器：保险丝、断路器、热断流器。
● 上升时间抑制，通过减缓瞬变过程提供附加保护：电阻、电感、线圈、磁珠、电容等。
图1中，从左至右，用fb1替代r1能够充分发挥c1-d1的效用，通过限制输入电流为c1-d1提供保护。r1、r2也可以用精密电阻替代(例如max5490)，对输入电压进行衰减，使其达到adc所要求的0-5v的采样范围。表1列出了不同电压范围对应的分压比。
选择电容时，应该注意其工作电压和自谐振频率。avx.com和kemet.com提供spice仿真模型，用于计算自激频率，电路中的c1用于抑制射频干扰(rfi)。
也可以利用软件工具solve elec。solveelec是一款电路仿真器，“low pass filter.eln” 模拟一个rc滤波器。在r3-c2、r4-c3分别放置一对低通滤波器(图1)，可利用solveelec仿真两对滤波器的频响特性。
钳位二极管d1为5.6v瞬态电压抑制器(tvs)，由vishay公司提供(vcut0505-hd1)。d2-d3可以选用1n4148硅信号二极管，正向导通电压为0.6v至0.7v。物理尺寸较大的二极管，如1n4001-1n4007能够承受更大电流。r1和r3用于限制输入电流，输入电压由d1钳位(图1)，介于-0.6v和5.6v之间。d4-d5为肖特基二极管(bat54或sd101)，正向导通电压介于0.25v至0.3v。r1、r3和r4三个电阻等效为串联，具有一定的限流作用，输入电压钳位在-0.3v和5.3v之间。
选用电感时，用l1替代r4，构成一个2或3极点的滤波器。此时，假设下一级电路具有高阻输入，传感器、传感器引线、r1和r3构成输入端接，r5为输出端接。l1配合c2或c3构成2极点滤波器，l1配合c2和c3构成3极点滤波器。连接一个l1的并联电容(c4)将为3极点滤波器增添一个阻带零点。可以利用nuhertz.com的免费滤波器设计软件计算元件值，将数值代入solveelec就可以得到完整的频响特性。
表1: max5490作为电压衰减器能够提供0.1%、0.05%和0.035%精度，温度系数优于2ppm/°c
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图1中，可以在a、b处分别串联一个保险丝，系统发生故障时，例如市区电话线接触到600v的电车线揽时，保险丝将熔断。图中c1可以用碳砖电弧保护器替代，碳砖在发生打火时将吸收很大电流，使保险丝熔断。把低熔点金属垫片嵌在碳砖内，即使保险丝没有熔断碳砖也会溶化，提供一个电弧放电通路。这种情况并不常见，但在工厂中时常会在保护电路的输入端出现意外的高压信号。为了限制高压，可以使用气隙放电避雷器、金属氧化物变阻器、二极管抑制器、三端可控硅开关元件以及双端交流开关元件。
参照图1，我们可以把esd器件分为三类：
● 限压器：气隙放电避雷器、金属氧化物变阻器、二极管抑制器、三端可控硅开关元件、双端交流开关元件、开关器件等。
● 限流器：保险丝、断路器、热断流器。
● 上升时间抑制，通过减缓瞬变过程提供附加保护：电阻、电感、线圈、磁珠、电容等。
图1中，从左至右，用fb1替代r1能够充分发挥c1-d1的效用，通过限制输入电流为c1-d1提供保护。r1、r2也可以用精密电阻替代(例如max5490)，对输入电压进行衰减，使其达到adc所要求的0-5v的采样范围。表1列出了不同电压范围对应的分压比。
选择电容时，应该注意其工作电压和自谐振频率。avx.com和kemet.com提供spice仿真模型，用于计算自激频率，电路中的c1用于抑制射频干扰(rfi)。
也可以利用软件工具solve elec。solveelec是一款电路仿真器，“low pass filter.eln” 模拟一个rc滤波器。在r3-c2、r4-c3分别放置一对低通滤波器(图1)，可利用solveelec仿真两对滤波器的频响特性。
钳位二极管d1为5.6v瞬态电压抑制器(tvs)，由vishay公司提供(vcut0505-hd1)。d2-d3可以选用1n4148硅信号二极管，正向导通电压为0.6v至0.7v。物理尺寸较大的二极管，如1n4001-1n4007能够承受更大电流。r1和r3用于限制输入电流，输入电压由d1钳位(图1)，介于-0.6v和5.6v之间。d4-d5为肖特基二极管(bat54或sd101)，正向导通电压介于0.25v至0.3v。r1、r3和r4三个电阻等效为串联，具有一定的限流作用，输入电压钳位在-0.3v和5.3v之间。
选用电感时，用l1替代r4，构成一个2或3极点的滤波器。此时，假设下一级电路具有高阻输入，传感器、传感器引线、r1和r3构成输入端接，r5为输出端接。l1配合c2或c3构成2极点滤波器，l1配合c2和c3构成3极点滤波器。连接一个l1的并联电容(c4)将为3极点滤波器增添一个阻带零点。可以利用nuhertz.com的免费滤波器设计软件计算元件值，将数值代入solveelec就可以得到完整的频响特性。
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