靜電放電(ESD)現象從一開始就存在。我們第一次接觸ESD往往是在孩童時代，在干燥的冬日觸碰金屬門把手時，會有種觸電的感覺——這就是靜電放電。這種短暫的不適感通常對人類來說不是問題，但是即使是少量的ESD也有可能會損毀敏感電路。

手機設計人員一直都面臨著何時以及如何解決這一自然現象的挑戰。系統級ESD保護為何如此重要？怎樣提高移動設備中系統級ESD保護的測試模型和戰略？

1ESD模型和波形的測試

人體和衣服一天可存儲500 V至2,500 V靜電電荷，但是人類只能感受到3,000至4,000 V的ESD脈沖。這遠高于電子電路受損的水平，即使人類無法檢測到。

設計人員必須從多方面解決ESD問題，對組件制造商來說，是在其設計階段和設計工作結束之時。簡而言之，ESD保護需要一種多層面方案。

通常，集成電路(IC)制造商按照ESD行業標準設計、測試和驗證其IC。這可防止在IC生產或在PC板上組裝時出現物理損壞。針對ESD，通常進行的兩種測試包括：

人體模型(HBM)。這種測試模擬人體通過接觸IC釋放所積累的靜電的ESD事件。采用一個帶電的100 pF電容和一個1.5 k?放電電阻進行模擬。

帶電設備模型(CDM)。這種測試模擬在生產設備和工藝中發生的充電和放電事件。設備在一些摩擦工藝中或靜電感應過程中獲得電荷，然后突然接觸到一個接地物體或表面。

雖然設備級測試有助于衡量IC的ESD穩健性，但系統級測試可衡量現場的電子設備保護（即原始設備制造商[OEM]設備或終端產品）。

為了更好地了解最終產品所需的ESD保護，OEM應采用系統級ESD方法進行設計，然后按照國際電工委員會(IEC)ESD標準61000-4-2測試最終產品。IEC 61000-4-2被視為終端產品ESD測試和評級的行業標準。該測試可確定系統對現場外部ESD事件的易損性。

下圖比較了三種脈沖的能量和峰值電流：

系統級IEC 61000-4-2

設備級HBM

設備級CDM

IEC ESD事件脈沖顯然更強，因此系統中的設備更加難以通過。盡管設備級測試（HBM和CDM）比較有用，且可提供ESD穩健性的基準，但在系統級IEC測試期間并不總是能夠確定生存性。

為進一步展示這一概念，下表顯示了組件測試和系統級IEC測試之間的差異。大家可以看到，差異很大，系統應力水平更高。總而言之：較之于設備級設計，系統設計必須滿足更嚴苛的要求。

2測試不充分的問題

在開發階段進行系統級ESD測試可能會是個問題。例如，測試評估/不完整板組件上的ESD并不能代表所有情況。這些組件的結果并不保證完整系統的最終結果。

設備級ESD測試（即HBM和CDM）旨在通過適當的ESD控制在工廠生成適合分立式組件的可重復且可再現的結果。這就是所謂的ESD保護區(EPA)。然而，這些測試并不是為了解決現實世界中EPA范圍之外的全部產品級ESD事件。

3實現產品穩健性的關鍵：系統級ESD

相反，ESD穩健型系統設計的關鍵是要考慮ESD在系統中的影響。為了獲得系統級視角，設計人員必須了解并解決以下問題：

系統級應力事件及其對整個產品的影響。設備級ESD測試結果只能為系統ESD設計提供非常少的信息，因為它們無法反映電子設備在IEC ESD事件期間經歷了什么。

系統中板級相互作用，以及在ESD應力作用下與電子部件外部接觸的引腳瞬態行為。

高效的表征化方法（如組件級傳輸線路脈沖(TLP)數據），用于分析IC、板和系統的相互作用。

系統級ESD保護戰略取決于物理設計、產品要求和產品成本。

4最佳方法：系統高效ESD設計(SEED)

系統高效ESD設計(SEED)是一種系統級方法，考慮了系統中所有組件的瞬態響應。SEED方法還包括對IC引腳上PC板外部端口施加的IEC應力的物理影響。

SEED是一種實現板載和片上ESD保護的協同設計方法。利用SEED，您可以分析和實現系統級ESD穩健性。該方法要求對ESD應力事件期間外部ESD脈沖之間的相互作用、完整的系統級板設計以及設備引腳特性有一個全面的了解。

SEED方法是實現對稱且穩健的系統級ESD保護的最佳方法。如下圖所示，SEED利用以下信息設計系統級ESD保護：

準靜態TLP電流電壓(I-V)曲線數據

瞬態模擬

S參數PC板數據

IC I-V電路測量

PC板的ESD保護為一級保護，可防止對IC或系統造成物理損壞，片上保護發揮二級保護的作用。SEED的基本概念旨在防止具有損壞性質的ESD脈沖抵達內部IC引腳，通過執行和分析ESD系統級模擬可實現適當的系統級ESD設計。

眾所周知，在手機設計中戰略性地實現ESD至關重要，這樣做可縮短設計工程周期時間，減少ESD故障和研發開支。在后續的微信中，我們將深入探討ESD保護組件以及減少ESD對移動RF設計影響的不同戰略并解釋如何利用模擬和建模確定系統級ESD保護。