讨论个单片机IO口ESD保护的话题

washu

1、TVS 是瞬变电压抑制（Transient Voltage Suppressor），用于电源电路中，特性是可吸收瞬时大电流

2、ESD 是静电（Electro Static Discharge）释放，特性是电流小

所以当然不是拿 TVS 去做 ESD，除非你的 IO 会接触到浪涌，比如你俩 IO 之间通过两三栋楼，还从外墙走线这种应用，可能会遇到雷击，这个时候才需要用 TVS 二极管。

至于单片机因为 ESD 烧了很简单，要定量不要定性，ESD 防护是有等级的，你一个 2kV ESD 等级的单片机遇到 8kV 甚至更高等级 ESD 事故要烧也没办法嘛

bg1trk

一般加个ESD二极管就足够了，环境实在太恶略，还有光电、电磁隔离等可选手段。

ESD二极管吸收了静电放电时的绝大部分能量，您担心的“Vc高达6~7伏”这个问题，可理解为ESD二极管将静电电压直接削到了6-7V。
我是这么理解的，加了ESD二极管后，IO端口实际上承受的是个一个几十几百PF级的、端电压只有6-7V的小电容放电，IO口内部保护管完全可以担下来，况且大部分情况下放电点之后还有输入输出电阻。而且完全不用担心这点放电电荷对VCC的拉高作用，几十PF级的电容并到UF级的电容上面......呵呵。

bg1trk

矿坛铁粉 发表于 2020-7-18 12:06
如果这样，就像我Q2说的，不加tvs， esd直接通过芯片内置钳位二极管对电源滤波电容放电，不是也吸收了吗 ...

不是“Q2”，而是发生ESD后，经过你说的“Q1”、“Q2”这两个过程吸收冲击。

第一步，ESD二极管将ESD消峰，使其最高电压只能到你所担心的6-7V。
第二步，剩余的6-7V再由IO口内部保护电路进一步抑制。

静电电压虽然很高，但经过ESD二极管抑制后只能剩6-7V这么点，剩余电荷已经非常少了，IO口的保护电路“吃掉”这点电荷没什么问题，还有什么好担忧的？



不加ESD二极管，所有的静电全部经IO口放电，冲击太厉害保护电路扛不住，烧了，不奇怪吧？正是为了防止这种情况发生，才在外部另置一个ESD二极管。
而你担心的是放置ESD二极管后那剩余6-7V静电电压，问题是这个“6-7V”值得担心吗？
大多数情况下不值得担心，因为剩余的那点静电只相当于一个端电压6-7V的几十皮法的电容对端口放电，就这点事，保护电路完全能应付。

如果加了ESD二极管依然烧端口，那就不是ESD二极管的责任，也不是端口内部保护电路的责任，而是您的方案选择错误。
对强冲击的保护不是想着怎么吸收它，而是应该把它挡在你的“柔软腹部”之外，例如用光电隔离（光耦）、电磁隔离（变压器）。

longshort

矿坛铁粉 发表于 2020-7-18 14:28
总结一下你的意思：
1. ESD放电时总能量很小、电压很高、时间极短、瞬时电流很大。
2. 加了TVS大部分 ...

还是举个例子吧。

假如输入端串联一个电阻，使之与内部两个反向二极管形成过压箝位电路。在不影响频率响应的情况下，若取值100欧，最大输入电流为20mA，那么在发生ESD时电阻上的电压为2V，3.3V电源电压+2V+0.7V=6V。端口在人工插拔时产生的静电并不很高，20mA的值本身就可以将静电电压限制在很低，除非静电源本身是一个发生器，那就另当别论了。

对于多数CMOS数字电路，端口的最大保护电流取20mA是合适的。实际上日常电路经常带电插拔，我还没有遇上“摸死”的情况，估计这也和自己的环境比较注重接地有关。

bg1trk

矿坛铁粉 发表于 2020-7-18 14:28
总结一下你的意思：
1. ESD放电时总能量很小、电压很高、时间极短、瞬时电流很大。
2. 加了TVS大部分 ...

意思就是如果感觉可能出现或实际使用中已出现端口被静电损坏的情况，请加ESD二极管，按标称值选取就行了，不用太纠结。

所谓“烧”，不一定是整个芯片烧毁，而是某个端口被静电打坏。实际遇到过，静电“啪”了一下，某IO口长期输出为低，电平拉不起来了，其他都正常。
整片瘫痪也不一定是VCC过高引起的，你拿打火机的压电头对着板子上的芯片打几下试试，看看有没有VCC稳如狗的情况下芯片玩完。

再说说供电电压过高烧芯片的事，有的单片机其实挺抗造的，最近常用的STM32系列就有过不小心接5V供电的经历，没坏，这是亲身经历。某论坛上也看到供电过多高会烧芯片的无聊实验，有干到6-7V仍然没事的例子。这是“传言”，没这么干过。