EOS的含义与模型

★★★EOS-1—EOS的含义与来源★★★

€1.什么是EOS

EOS即Electrical Over Stress，指的是过度电性应力，当外界电流或电压超过器件的最大承受能力时，器件性能会衰退或者直接损坏。这种衰退和损坏的本质是瞬间电流电压的积聚，导致热量的爆发，损坏器件的PN结或沟道，即热损伤，这种损伤一旦形成，不可恢复，只能更换器件。EOS的产生通常来源于一下途径：

1.电源AC/DC干扰，电源杂讯和过压

2.测试程式的切换（热切换）导致的瞬变电流/峰值/低频干扰，其过程持续时间可能是几微秒到几秒

3.雷击闪电等外部环境因素

4. 测试程式开关引起的瞬态毛刺短时脉冲波形干扰

5.测试用例存在缺陷，比如在器件尚未上电或已超过其操作上限的情况下给器件发送测试信号

6.来自其他设备的脉冲信号干扰，即从其他装置发送的脉冲

7.接地点反跳，即由于接地点不够导致电流快速转换引起高电压

从上述EOS的来源和属性可知，EOS有两种情况，超高电压瞬时冲击和高电压长时冲击。我们归类为静电（ESD：Electro-Static discharge）和浪涌（Surge）。

€2.ESD和Surge

1.ESD

静电产生在两个不同的带电体之间，当它们接触或者离开时发生的电离（大量电荷转移）现象就是静电放电，产生极快的瞬态脉冲电流。其特点是：持续时间短（高频，约1GHZ）、大电压（高电压至30KV）、短时间（ns级别）内能量大。我们极为熟悉的是冬天离开座椅的时候经常被电击，秋天晚上摩擦衣服可以看到电火花。静电会损害电子元器件，使系统失效，天线灵敏度变差或失灵，WiFi接收不到信号等等。

2.Surge

检测来自故障机的保护器件和方案设计，我们经常会发现：并接在入口端的Zener，ESD管，出现不同程度的损伤，或短路或漏电流变大。其浪涌产生的原因主要来自系统的上电和断电过程，大的程序运作过程中突然中断，和其他电力设备进行充电的过程中电力系统切断或抛负载等。对敏感电子元器件来说，浪涌电压击穿半导体器件，破坏元器件金属化表层，破坏PCB线路或接触点。破坏三端双可控硅元件/晶闸，锁死晶闸管或三端双向可控硅元件失控。对数据文件部分造成破坏，数据处理程序出错，接收、传输数据错误和失败。系统原因不明的故障，电子元器件提前老化，寿命缩短，设备可靠性降低。Surge的特点是瞬时脉冲电压大，瞬时脉冲电流大，持续时间较长，但传输频率低。

3.EFT（脉冲群）

脉冲群可以理解为连续的脉冲冲击，可以自定义脉冲高度和宽度以及频率。脉冲群多数产生在电网中，在实际电网中，电感负载断开、继电器触点切换以及电机操作时在电路上产生瞬态脉冲群（EFT）干扰，它可以使受试设备的数字系统尤其是CPU系统完全陷入混乱，程序

跑飞，系统不断复位，数据出现混乱。表1-1对比了三种类型的差异：

表1-1：三种类型的对比表

€3.EOS的两种模型

1.ESD的模型

ESD的模型我们选取IEC 61000-4-2测试标准（关于ESD的测试标准和用例后面会专门章节补充）：

图1-1：ESD的测试模型

图1-1是ESD的电气模型图，从图可知静电释放的最尖峰脉冲持续时间非常短，但峰值电流Ipp很高，达到A级别。从图可知在峰值脉冲过后还有若干较为弱一些的脉冲产生，那么在ESD的防护中，我们主要瞄准最尖峰的脉冲，最尖峰的脉冲若可以被吸收或泄放，那么后续的弱脉冲也可以被处理掉。

2.Surge的模型

图1-2：浪涌的测试模型

波前时间：T3=1.25×T1，半峰值时间：T2=20us±20%

图1-2是Surge的电气模型图，从图中可知浪涌的正向和反向波形都比较平缓，峰值电流为mA级别，但是持续时间非常长，并且和ESD相比还具有反向浪涌，所以应对Surge都是以双向来作为基本防护策略。

小结1.0：回归到防护本质，防护本质是吸收和泄放，吸收就是将ESD和Surge能量转化为热量在脉冲进入IC器件之前。热量的计算，对ESD和Surge的功率P和持续时间进行积分，每一个时刻的功率P=I×V，其中V一般是恒定的，所以获取电流I的波形模拟函数就可以计算出ESD和Surge期间产生的热量，此热量一定要小于防护器件的耐受值，这样对器件才不会产生热损伤。

小结2.0：以上三种或自然发生或人为模拟测试，实质也是一种对硬件系统的干扰，在业内，抑制干扰的方式，就是在电路中进行滤波处理，滤波处理中，特别是针对大能量的释放，最好的抑制器件就是TVS管和ESD管。