第3-1电气可靠性设计
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1、第3章 电子元器件的可靠性使用n防浪涌应用防浪涌应用n防静电应用防静电应用n防闩锁应用防闩锁应用n防辐射应用防辐射应用本章概要 3.1 防浪涌应用 什么是浪涌？ n浪涌的特征浪涌的特征n瞬时高电压或瞬时强电流n平均功率不大，瞬时功率不小n浪涌的作用浪涌的作用n轻：逻辑电路误动作，模拟电路参数漂移n中：潜在损伤，寿命缩短，抗应力能力下降n重：即时失效或烧毁3.1 防浪涌应用 数字IC状态转换产生浪涌电流 n浪涌脉冲宽度：10ns n浪涌脉冲高度：双极 10mA/每门, CMOS 100uA/每门3.1 防浪涌应用 数字IC冒险竞争产生浪涌电流3.1 防浪涌应用 过冲或欠冲产生浪涌3.1 防浪涌应
2、用 VLSI的电源浪涌电流 IC集成规模同时翻转的门数浪涌电流幅度IC工作频率过渡区越陡浪涌脉冲间隔3.1 防浪涌应用 浪涌电流浪涌电压 浪涌电流浪涌电压n浪涌电流浪涌电流n开关过渡电流Iptn对负载电容充电电流Iotn浪涌电压浪涌电压n在芯片封装寄生电感上的浪涌电压VN1n在PCB布线寄生电感上的浪涌电压VN23.1 防浪涌应用 SPICE仿真结果对负载电容充电的浪涌电流通过封装及PCB寄生电感形成的电压变化3.1 防浪涌应用 数字IC浪涌的抑制方法n芯片内n采用电感成分小的封装：小型大型，CSPBGAQFPDIPn增加接地端的数目n限制输出电路的电流变化率n芯片外n采用旁路电容n尽量减少P
3、CB板电源线的电感成分n限制IC端子同时变化的信号数，尽量不要使多个输入数据线同时变化nCMOS电路：每使用1015块CMOS电路（或单块大规模电路），接一个0.010.1uF电容对电源进行去耦n双极电路：每使用510块TTL电路（或线性电路），接一个0.010.1uF电容对电源进行去耦n去耦电容尽可能接近IC。每块PCB也应用一块更大容量的电容去耦。电容应为低电感、高频特性良好，片式，非层式或卷式3.1 防浪涌应用 旁路电容的接法 3.1 防浪涌应用 旁路电容的特性 片型层积陶瓷电容单体的频率特性谐振频率n输出从高电平向低电平瞬时转换时出现n电容越大，过渡期越长nTTL电路与CMOS电路均有
4、可能产生3.1 防浪涌应用 接通容性负载时产生的浪涌电流 n接入限流电感，但影响电路速度n电容负载接通后自动断开限流电阻或电感，但电路复杂3.1 防浪涌应用 容性负载产生浪涌的抑制方法 n开关电源，功率管驱动变压器或继电器负载n输出从低电平向高电平瞬时转换时出现n电感越大，浪涌电压越高n易引起器件击穿3.1 防浪涌应用 断开感性负载时产生的浪涌电压 n并接电阻：但增加功耗n并接RC支路：易产生共振n并接二极管：可能影响电路速度n齐纳二极管：钳位电压应适当电感负载产生浪涌的抑制方法n继电器线圈电感产生的浪涌电压n继电器触点放电产生的浪涌电流n继电器线圈浪涌抑制n继电器触点浪涌抑制3.1 防浪涌应
5、用 继电器产生的浪涌 n来源来源n冷电阻浪涌：开启瞬间n闪烁浪涌：失效瞬间n对策对策n采用分流电阻n采用限流电路3.1 防浪涌应用 白炽灯产生的浪涌 n雷电雷电n直接雷击：1000kVn雷电感应：线间6kV，对地12kVn开关开关n大型电气设备的通断：常规电压的34倍n三相电未同时投入：常规电压的23.5倍n接地接地n对地短路时：常规电压的2倍n接地开路时：常规电压的45倍交流电源滤波器3.1 防浪涌应用 交流电网产生的浪涌 开关电源：滤波不良 线性电源：开关瞬间3.1 防浪涌应用 设备供电电源产生的浪涌 n具有图腾柱或达林顿输出结构的TTL电路不宜并联使用n电源端与地端不能错接，输出端不能对
6、电源或地端短路n未使用的输入端不宜悬空，更不能接开路长线n闲置不用的门电路应处于截止状态，以节省整机功耗n输入信号的脉冲宽度必须长于传播延迟时间，上升沿或下降沿尽量陡（逻辑电路1us，时钟电路150us)n长线输入接5001k 上拉电阻，驱动长线接51串联电阻3.1 防浪涌应用 TTL电路防浪涌应用 n静电产生的两种模式静电产生的两种模式n摩擦：绝缘体与绝缘体，绝缘体与导体n感应：导体与带电体3.2 防静电应用 静电的产生 n摩擦时，电子从较上的物质转向较下的物质，使两种物质分别带正负电荷n物质离得越远，摩擦产生的电荷量越大摩擦起电序列n 人在地毯上行走：鞋与地毯摩擦产生静电(假定为正电荷)n
7、 人体电荷重新分布：脚带正电荷，手带负电荷n 人手接近(或触摸)键盘：键盘通过感应(或传导)带正电荷(或负电荷)，接近速度越快，距离越近，电荷越多n 键盘对地放电或辉光放电：键盘上的元器件损坏 3.2 防静电应用 人行走-键盘模型 n人体及其衣服：接触面广，活动范围大，与大地之间的电容小（150pF)，电阻低(1千欧）n器件载体：包装容器（袋、盒、包），夹具，传送导轨n周边环境：工作台，椅子，地板，焊接工具，装配工具3.2 防静电应用 静电的来源 n运动的速度n材料性质的差异 （化纤比棉织品严重）n物体之间的电容n环境湿度 （北方比南方严重，内陆比沿海严重）n物体的电阻3.2 防静电应用 影响
