“更快”趋势
1999年中档PC的性能指标与5年前制造的同类机相比,其CPU速度快了一个数量级,而CPU的电流消耗也提高了一个数量级。当把较快的速度和较高的电流结合时,V=L(di/dt)关系式的“di/dt”部分显著增大。事实上,半英寸长的板上地线可能有高于1V的感应信号。
为了达到较快的速度,用深亚微米(例如0.35μm)尺寸设计和制造IC。当这些缩小的几何尺寸提供更快的性能时,也增加了这些器件对瞬态所引起的闭锁超载和其他损害的敏感性。而且这些器件需要更加严格的功率管理来满足愈加严格的安全电压范围。
现在的10/100 Ethernet网络接口卡(NIC)是很好的例子(见图1)。原来的10Base-T芯片是大尺寸CMOS器件,它们对过压损坏相对不敏感。然而,比较新的芯片是用0.35μm线宽制作的,而且对电源感应的瞬态和雷电感应的瞬态所引起的闭锁超载或失效非常敏感。
具有对称多处理(SMP)结构和50MHz(或更高频率)CPU的新式服务器是功率分配问题的好例子。简单地做一个5V电源连接到总线上是不可能的。在500MHz用开关转换20A或30A以上电流时,实际上在每个使用点都需要一个独立的变换器,而且需要一个较大的初级电压电源给所有这些变换器供电。
日益向带电交换能力发展的趋势意味着人们必须能够从一个带电系统插入或拔出插板。因此,板和母板都必须适当地加以保护。
系统向更小和更快的方向发展会引出一些特殊的问题。例如,高电流功率分配对于小的便携式手持装置来说不是一个大问题。对台式系统和服务器来说,延长电池寿命也不成问题。但由瞬态引起的闭锁超载和损害对这两种应用来说,都是需要解决的问题。
闭锁超载和瞬态
向深亚微米IC线宽过渡已增大了对过压条件的敏感度,为此必须巧妙地保护这些器件,同时又不至于影响其性能。
任何保护元件在正常工作期间必须作为高阻抗电路出现在受保护的输入端。它所施加的电容负载必须尽可能的小,使得对正常的输入信号几乎没有影响。然而,在过压的瞬间,同一器件必须成为能量的主要通路,把能量从被保护器件的输入端转移出去。此外,保护器件的安全(standing-off)电压必须高于受保护端所允许的最大信号电压。同样,其箝位电压必须低到足以防止所保护的器件遭受损坏,这是由于在瞬态发生期间,输入端上的电压将是保护器件的箝位电压。