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RS232接口电路的ESD测试

来源:analog 发布时间:2024-01-22

摘要: 各种ESD测试方法都共享一个公共配置。首先将源电容器充电至高压,然后断开与电容器的高压电源,并将电容器通过限制电阻连接到被测器件上。

1992年,Linear Technology推出了第一个能够在超过±10kV ESD瞬态下存活的RS232接口电路。从那时起,LTC已经推出了30多种具有此级别保护的产品。这些产品固有的坚固性消除了在大多数应用中使用外部保护装置的需要。自引入增强型ESD保护装置以来,没有一个设备从现场返回到Linear Technology进行与ESD相关的故障分析。

±10kV ESD电压额定值基于人体ESD模型。当使用其他标准ESD测试方法进行评估时,与旧的传统设计相比,LTC收发器优越的ESD耐用性同样令人印象深刻。

各种ESD测试方法都共享一个公共配置,如图1所示。首先将源电容器充电至高压,然后断开与电容器的高压电源,并将电容器通过限制电阻连接到被测器件上。在不同的测试标准中,测试电容器和限制电阻的值是不同的。


图1所示。ESD测试标准。

人体模型是美国最常用的ESD测试,是Mil-Std-883规定的测试方法。该方法模拟了人体接触电子设备时产生的ESD放电波形。源电容为100pF,人体模型受1.5k欧姆限制。当使用人体模型进行测试时,Linear Technology的RS232收发器可以承受超过±10kV的电压。

日本常用的用于ESD测试的机器型号,是比较严苛的ESD测试。该模型模拟被测设备与带电体之间的金属接触。源电容为200pF,无限制电阻。较高的源电容和没有限制电阻导致被测设备承受比人体模型测试更多的电压、能量和电流。因此,与人体模型试验相比,机器模型试验在较低的试验电压下发生故障。LTC的RS232收发器可承受±3.5kV与机器模型测试。

IEC-801测试方法在严格程度上介于人体测试和机器测试之间。源电容为150pF,带有330欧姆限制电阻。LTC的RS232收发器采用IEC-801方法通过±7.5kV的测试电压。

LTC的10kV保护RS232收发器在这些测试条件下的性能总结如表1所示。还包括通过在RS232线引脚上包括一个简单的RC网络来实现机器模型测试的保护水平。使用的RC网络是由两个200欧姆电阻和一个220pF电容到地形成的“T”网络。增加的电阻和电容足够小,对RS232信号的影响可以忽略不计,但比使用带二极管网络的transzorb以更低的成本提供ESD保护,后者通常用于ESD保护。高于表1所示的测试电压有时会导致设备损坏。最常见的损坏是驱动器输出泄漏的增加,在更高的电压下发生功能故障。

表1。LTC RS232收发器ESD测试结果
ESD测试模型驱动器引脚保护接收器引脚保护
人体±10 kv±10 kv
±3.5 kv±6 kv
iec - 801±7.5 kv±8千伏
RS232引脚上带有RC网络的机器模型±10 kv±10 kv

通电运行时的ESD瞬变

到目前为止讨论的测试方法包括测试ESD瞬变对集成电路的永久性损坏。在今天的便携式电子设备中,当设备运行时,可能会发生电缆与通信端口的互连。这使得电路必须能够承受ESD瞬态,同时尽量减少对系统运行的干扰。LTC的RS232接口电路在工作、关机或断电时可承受10kV ESD瞬变。在ESD瞬态事件中,数据传输中断是不可避免的,但在事件结束后,数据传输可能会恢复。

图2是数据传输中断和恢复的范围照片,当-10kV ESD瞬变击中通信线路时。图3的测试电路被用来记录这个事件。ESD冲击作用于LT1180A的驱动器输出和LT1331的接收器输入。ESD瞬变的持续时间太短,无法记录在照片上,但瞬变的影响可以通过打击后数据的损坏来看到。电路从事件中恢复大约需要20μs,恢复后数据继续正常传输。


图2。ESD暂态对LT1331数据传输的影响。


图3。工作条件ESD测试电路。

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