如何提高隔離接口模塊的ESD抗擾能力

　　隔離模塊應(yīng)用于各類復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中，以提升總線的抗干擾能力，但設(shè)備接口可能會(huì)采用端子與外部連接，可能會(huì)在安裝、維修過(guò)程中有靜電等能量輸入，從而導(dǎo)致隔離模塊損壞。那么該如何避免這樣的問(wèn)題呢?本文為您揭秘。

　　帶隔離通信接口的設(shè)備，在不同的使用、安裝狀態(tài)下，接口會(huì)表現(xiàn)出完全不同的ESD特性，了解設(shè)備在不同的使用狀態(tài)下，ESD對(duì)接口的影響的機(jī)理，才能有針對(duì)性地增加保護(hù)器件，提升隔離接口的ESD能力。下面以帶有隔離CAN或RS-485通信接口為例，對(duì)常見的設(shè)備狀態(tài)下，ESD的作用機(jī)理進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改善措施。

　　1. 設(shè)備控制側(cè)有接保護(hù)地，總線側(cè)懸空

　　如圖 1，此狀態(tài)下，設(shè)備控制側(cè)有接入保護(hù)地(PE)，總線側(cè)參考地懸空，與PE無(wú)任何連接。

　　圖 1

　　此狀態(tài)出現(xiàn)的可能場(chǎng)景：

　　1. 產(chǎn)品開發(fā)測(cè)試過(guò)程中;

　　2. 單個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行ESD測(cè)試時(shí);

　　3. 設(shè)備組網(wǎng)時(shí)，控制側(cè)已接入保護(hù)地，正在進(jìn)行總線接入或斷開操作時(shí);

　　4. 設(shè)備組網(wǎng)后，總線側(cè)未進(jìn)行接地處理的。

　　靜電分析：

　　假設(shè)控制側(cè)均做了足夠的保護(hù)措施，當(dāng)控制側(cè)接口受到靜電放電時(shí)，能量通過(guò)控制側(cè)保護(hù)器泄放至PE，對(duì)隔離通信接口基本無(wú)影響，如圖 2。

　　圖 2

　　當(dāng)總線接口受到靜電放電時(shí)，由于總線側(cè)懸空，能量只能通過(guò)隔離柵的等效電容Ciso進(jìn)行泄放，由于Ciso非常小，僅有幾皮法至十幾皮法，Ciso被迅速充電，兩端電壓Viso會(huì)非常高，幾乎等同于放電電壓，如圖 3。電壓全部施加在隔離接口模塊的隔離柵，若電壓超出了隔離柵的電壓承受范圍，則會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部隔離柵損壞。

　　圖 3

　　對(duì)于一般的隔離接口模塊，隔離柵可承受的靜電放電電壓只有4kV，對(duì)于更高等級(jí)的6kV或8kV的靜電來(lái)說(shuō)是非常脆弱的，極易出現(xiàn)損壞情況。

　　改善方法：

　　為了減輕隔離柵的壓力，可以在隔離柵兩邊增加一個(gè)電容Cp， 為靜電能量提供一個(gè)低阻抗的路徑。如圖 4，總線側(cè)的靜電能量大部分通過(guò)此電容泄放至PE，并可以有效降低隔離柵兩側(cè)電壓，從而起到保護(hù)隔離接口模塊的作用。

　　圖 4

　　為了達(dá)到良好效果，Cp容值應(yīng)遠(yuǎn)大于Ciso，建議取100pF~1000pF之間。若無(wú)安規(guī)要求，可與Cp并聯(lián)一個(gè)大阻值泄放電阻，如1M，以防靜電積累;若有安規(guī)要求，一般需要去除泄放電阻，同時(shí)選擇安規(guī)電容。器件選擇時(shí)，注意阻容耐壓需要滿足設(shè)備指標(biāo)要求。

　　2. 設(shè)備控制側(cè)懸空，總線側(cè)有接保護(hù)地

　　如圖 5，此狀態(tài)下，設(shè)備控制側(cè)參考地懸空，與PE無(wú)任何連接，總線側(cè)有接入保護(hù)地(PE)。

　　圖 5

　　此狀態(tài)出現(xiàn)的可能場(chǎng)景：

　　1. 產(chǎn)品開發(fā)測(cè)試過(guò)程中;

　　2. 單個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行ESD測(cè)試時(shí);

　　3. 設(shè)備組網(wǎng)時(shí)，總線側(cè)先接地，控制側(cè)未接地時(shí);

　　4. 設(shè)備組網(wǎng)后，控制側(cè)未進(jìn)行接地處理的。

　　靜電分析：

　　類似的，當(dāng)控制側(cè)接口受到靜電放電時(shí)，由于控制側(cè)懸空，能量只能通過(guò)隔離柵的等效電容Ciso進(jìn)行泄放，由于Ciso非常小，兩端電壓Viso會(huì)非常高，如圖 6。電壓全部施加在隔離接口模塊的隔離柵，若電壓超出了隔離柵的電壓承受范圍，則會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部隔離柵損壞。

　　圖 6

　　當(dāng)總線側(cè)接口受到靜電放電時(shí)，靜電能量通過(guò)隔離接口模塊內(nèi)部總線側(cè)器件泄放至PE，如圖 7。若ESD能量超出了接口模塊內(nèi)部總線側(cè)器件的ESD抗擾能力，總線接口則可能損壞。

　　圖 7