电路级静电防护设计技巧及防护

静电放电（ESD）理论研究已经发展成熟，为模拟分析静电事件，前人设计了多种静电放电模型，包括但不限于人体模型（HBM）、带电器件模型、场感应模型、场增强模型、机器模型和电容耦合模型等。在芯片级，通常采用HBM进行测试，电子产品则依据IEC 6 1000-4-2的放电模型进行测试。欧洲共同体通过IEC 61000-4-2建立了严格瞬变冲击抑制标准，确保产品符合这一标准后，方可销往欧洲成员国。

IEC 61000-4-2规定的静电放电发生器分为接触放电和空气放电两种类型。静电放电现象主要电流特征为1nS左右的上升沿，对ESD保护器件的响应时间提出了严格要求。静电放电发生器的能量集中在几十MHz至500MHz的频段，通常通过滤波器滤除特定频带的能量实现静电防护。

IEC 61000-4-2制定了几个静电放电发生器试验等级，目前手机CTA测试执行的是3级标准，即接触放电6KV，空气放电8KV。多数手机厂家会执行更高级别的静电防护等级。

集成电路（IC）遭受ESD时，放电回路的电阻通常极小，无法限制放电电流，导致高达数十安培的瞬间电流流入IC管脚。这可能会严重损伤IC，甚至融化硅片管芯。ESD还可能导致IC内部金属连接被烧断、钝化层受损以及晶体管单元被烧坏。

ESD可能引发IC的死锁效应。这种现象与CMOS器件内部类似可控硅的结构单元被激活有关，高电压激活这些结构形成大电流通道，通常从电源VCC至地。串行接口器件的死锁电流可高达1A。死锁电流会持续到器件断电，此时IC通常因过热而烧毁。

针对电路级ESD防护，常见的方法包括并联放电器件、串联阻抗、增加滤波网络以及复合防护。并联放电器件包括TVS、齐纳二极管、压敏电阻和气体放电管，各有其特点和适用场景。串联阻抗通过串联电阻或磁珠限制ESD放电电流。滤波网络则能有效滤除静电能量。复合防护结合了电阻和放电器件，提供更全面的防护效果。

为了进一步提升防护效果，还可以增加吸收回路，通过在敏感信号附件设置地的漏铜或放置尖（）端放电点（火花隙）来吸收静电。这些措施共同作用，确保电路在ESD事件中保持稳定运行。

在实际应用中，选择合适的ESD防护策略和器件至关重要，需根据电路的具体需求和成本考量进行综合考虑。通过采用适当的防护措施，可以有效减少ESD对电路的损害，保障产品的可靠性和稳定性。