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[参考译文] TLC2264：TLC2264反复损坏、这是否是 ESD 问题？

admin
Guru**** 657930 points
Other Parts Discussed in Thread: TLC2264, TLC272, TLC277, TPD2E007
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/688782/tlc2264-tlc2264-getting-damaged-repeatedly-could-it-be-an-esd-issue

器件型号：TLC2264
主题中讨论的其他器件： 冲击、 TLC272、 TLC277、 TPD2E007

您好！

我遇到了一个问题、就是我的电路中的 TLC2264APW 芯片反复损坏。  四路封装中的一个运算放大器作为截止频率约为10Hz 的 Sallen-Key 高通滤波器进行连接。  电路中触摸我的输入的部分如下所示：

症状是运算放大器最终消耗的电流超出其应有的电流(>100mA)。  幸运的是、它由具有电流限制的电压稳压器供电、使整个电源断电、而不会造成更多的损坏。  然而、所涉及的 TLC2264封装在触摸时变得非常热、这向我证明了这是问题的根源。

我担心的是，一根仪器电缆可以直接插入1/4"仪器插孔，然后电缆的尖端连接将直接电容耦合(通过这两个0.22uF 串联电容)到运算放大器输入。  电缆尖上的 ESD 事件(例如、当有人触摸尖端时)是否可能会使 TLC2264发生 zap、从而导致上述症状？  我是否可以测量以确定损坏是否确实是由 ESD 事件造成的？

最后、如果故障确实是由 ESD 引起的、您能否推荐一种解决方案来防止未来发生这些故障？

谢谢！

-Brian Kaczynski

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    TI__Guru**** 657930 points
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    您好 Brian、

    您体验的是闩锁效应。 如果过高的电流流入 TLC2264的输入或输出、可能会发生闩锁。 因此、输入电流应限制在5mA 以下、只需将限流电阻器与 TLC2264的输入引脚串联即可。

    Kai
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    TI__Guru**** 657930 points
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    您好 Brian、

    听起来好像是这样、但您能否确认设备是否已永久损坏？ 还是对器件进行下电上电使其恢复正常运行？

    无论采用哪种方法、您都可以正确地看到、在 IN+引脚上没有任何保护功能的情况下、电路会开路、可能会造成 ESD 冲击损坏。  您是否考虑在音频输入和 GND 之间添加外部 ESD 保护二极管、以将任何 ESD 冲击钳制到较低的电压？  另一个建议是在 C66和放大器的 IN+之间添加一个10k 电阻器。  它不应导致电路运行中的任何差异、但如果超过电源电压的电压到达放大器、它将有助于限制进入运算放大器内部结构的任何电流。

      

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    TI__Guru**** 657930 points
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    您好、Collin、

    是的、我可以确认损坏看起来是永久性的。 重启系统无法解决问题。 这就是我怀疑 ESD 损坏而不是闩锁的原因。

    10k 系列电阻器可添加到产品的未来版本中、但遗憾的是、我们生产了一批组装单元、其中一些会出现此问题、而其他则不会出现。 我们担心、如果产品出现 ESD 问题、可能会在现场出现故障。

    感谢您的意见！
    -Brian
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    您好 Brian、

    我将在此处尝试此方案：

    两个 BAV99二极管将过压钳制到电源轨。 这样可以使 R4保持较小的值。 为了限制流经这些保护二极管的电流、电路输入端还有另一个470R 电阻器。 我还添加了一个低通滤波电容器 C3。 如果正确选择了额定电压、这也会吸收 ESD。

    Kai

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    TI__Guru**** 657930 points
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    谢谢 Kai。 此时、我正在寻找可解决问题的最简单(最小组件)修复。 如果可以解决问题、则插入与运算放大器输入串联的10k 电阻器没有问题。 运算放大器内部保护不够让人有点失望、但我想我们必须忍受这种情况...
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    TI__Guru**** 657930 points
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    您好 Brian、

    任何其他 CMOS-OPAMP 以及任何其他制造商都存在该问题。

    TLC272的数据表包含一个有用的信息：

    "因为 CMOS 器件由于其固有的寄生晶闸管、TLC272和而容易发生闩锁
    TLC277输入和输出被设计成在不保持闩锁的情况下耐受–100mA 的浪涌电流；
    但是、应尽可能使用技术来降低闩锁的可能性。 内部保护
    根据设计、二极管不应正向偏置。 施加的输入和输出电压不应超过电源电压
    电压超过300mV。 在脉冲发生器上使用电容耦合时应小心谨慎。"

    阅读最后一句！ 这正是你所做的。 每次将电缆连接到您的电路且电源关闭时、您都会向 TLC2264注入危险电流。 因此、迫切需要对其采取一些措施！ 我认为这与 ESD 无关、但它是一个连接器问题。

    Kai
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    TI__Guru**** 657930 points
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    Kai --感谢您努力绘制原理图！  但是、您的建议不起作用、因为许多音乐源(麦克风、电吉他等)都具有高阻抗(它们的输出阻抗可能约为10k 甚至更高)。  这将使输入端的低通滤波器因仪器而异。  输入阻抗实际上需要约为100k、因此我倾向于插入与运算放大器(+)输入串联的10K 电阻器。

    再次感谢！

    Brian

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    您好 Brian、

    除了10k 电阻器、我们还建议在麦克风输入端添加 ESD 钳位二极管、以便在冲击电压达到产品之前大幅降低其冲击电压。
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    Collin、

    好主意、但它必须是某种齐纳二极管或 TVS、因为输入偏置为0v、并且系统中只有0v 和+9V 电源。  如果我只添加串联10k 电阻器而不执行任何其他操作、会出现什么问题？  我怀疑电容器可能会被 ESD 损坏...

    谢谢！

    -Brian

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    您好 Brian、

    您回答正确、我们建议使用反向击穿类型 ESD 保护器件。 TI 制造了多种此类器件、其中一种可能适合您的应用：

    www.ti.com/.../overview.html

    根据到达产品的 ESD 冲击水平、其自身的10k 电阻器可能不足以保护器件。 我们需要将流经内部 ESD 单元的电流限制在10mA 以下、如果极强的冲击到达产品、则其自身的10k 电阻器将不会有效。 只需~100V ESD 冲击即可使10mA 的电流流经10k 电阻器。

    多年来、我们看到了各种各样的东西、我们建议的最佳做法是在输入连接器处添加 ESD 二极管。
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    您好 Brian、

    请记住、ESD 冲击是交流事件。 短周期、快速边缘包含大量的宽带交流能量、最高可达 GHz。

    因此、"触发器"将直接通过耦合电容器、就像它们甚至不存在的那样、并直接受到输入 ESD 保护。

    器件内部的 ESD 保护并不是为了保护整个终端系统-它主要是为了在运输和组装过程中保护器件。

    由于这是交流事件、因此在电路板入口添加高频路径会有所帮助。 一个技巧是在输入端直至帧接地端添加一些小(<100pF)陶瓷电容器、以分流部分交流能量以及任何射频 EMI。 这不会消除冲击、但它会使串联电阻器和 ESD 保护不受应力、电流电平降低足够"沉闷"。

    我看到 Collin 刚刚提到了 ESD 保护器件、通常用于 USB 端口保护。 只需确保您应用到输入端的任何信号都不会被"削波"。

    最好尽快将冲击分流至接地端。 ESD 很懒散、需要找到返回接地的最快路径。 应在电路板边缘(或电缆进入电路板的任何位置)放置保护装置、使其远离内部信号和接地布线。 我会将任何保护器件放在插孔的焊盘上-假设插孔外壳接地已固定到面板上。 如果插孔与面板隔离、ESD 返回路径应直接连接到帧接地、而不是信号接地。

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    您好 Paul、

    分流电容器是一个很好的主意、并且易于实现。 我计算出、我可以在音频输入端使用高达560pF 的分流电容。 分流电容器越大越好、对吧？ 我仍在尝试避免在那里放置半导体电压抑制器、除非它绝对关键。 仅添加一个额外的电容器和一个电阻器将是最有吸引力的解决方案。 当然、我意识到您不能保证任何 ESD、但我只想做足够的事情来让您安心。

    谢谢！
    -Brian
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    您好、脑

    实际上、您希望使它们保持较小的尺寸。 以减少自感和 ESR/谐振。 使用电压较高、值较低(<100pF)的电容器。 因为、是的、电容器可能会受到 ESD 的损坏。 它们可能会泄漏。
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    您好 Brian、

    分流电容器越大、ESD 事件期间注入的电压就越小。 如果充电电压高达8kV 的100pF 电容放电至560pF 电容(人体放电模式)、则560pF 电容充电至超过1kV。

    我认为、如果您在自己的应用中采用 TPD2E007、将会非常有帮助。 TPD2E007是一款双向低泄漏和低电容 TVS、击穿电压为+/-14V：

    www.ti.com/.../tpd2e007

    将其从输入端直接连接到信号接地端的输入插孔。 如果您有金属外壳、则应存在一条非常短的电流路径。 如果您不想将外壳直接连接到输入插孔的信号接地、请至少提供4n7电容器、这样 ESD 电流就可以在通过 TPD2E007后从信号接地流向外壳。

    想一想 ESD 是如何流动的：它几乎总是在寻找一条返回地面的路径(保护性地面、土壤...)。 因此、最好的方法是将 ESD 直接分流到金属外壳上、通常从另一根电缆的电缆屏蔽层运行到接地端。 即使通过空气 ESD 的杂散电容也可能会接地。 最好是从金属外壳的外部发生这种情况、如果正确接线、金属外壳会与电缆屏蔽层一起形成法拉第笼。 切勿让 ESD 进入您的外壳！

    如果您没有金属外壳、所有电缆应在同一位置离开或进入外壳。 您可以在此处通过金属屏蔽层创建射频平面。 将所有电缆护罩直接或通过4n7电容器(混合接地)连接到此 RF 平面。 如果 ESD 冲击您的应用、则它可以从电缆屏蔽层流向电缆屏蔽层、而无需进入外壳。 如果 ESD 撞到信号线路、则 ESD 通过 TPD2E007直接分流到输入插孔、并通过电缆屏蔽层流向接地端。 ESD 也不会进入您的外壳。

    应用中的主要问题是、从输入信号线路到运算放大器输入的直接交流耦合甚至没有最小的电流限制。 因此、添加10k 电流限制电阻器是您应该做的最重要的事情。 这不仅会使您的应用在通过输入插孔注入过压时更容易受到 ESD 的影响、还会受到闩锁问题的影响。

    Kai
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    感谢 Kai 、TPD2E007 看起来很有用。  如果我将其放置在输入端、并添加与运算放大器输入串联的10K 电阻器、则应该得到很好的保护。  在这种情况下、我认为在交流耦合电容器之后无需额外使用二极管。

    感谢您的帮助！

    -Brian

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    您好 Brian、

    是的、你是对的。

    Kai