【正文】 長。在這個進(jìn)程中，主要因素是混合訊號 IC解決方案中有很大進(jìn)展。不過，隨著芯片幾何尺寸的縮減，電路板上布線的間距趨近，物理學(xué)的規(guī)律開始呈現(xiàn)出來。 并行的走線愈來愈接近產(chǎn)生了愈來愈大寄生電容耦合，而這簡直是和距離平方成反比關(guān)系的結(jié)果，以前只有少數(shù)幾根走線的空間，現(xiàn)在納入了許多走線，結(jié)果，甚至是不相鄰的走線之間的電容性耦合也會構(gòu)成問題。 蜂窩電話，由其性質(zhì)所決定，是被人拿著使用的設(shè)備 。在低溫度的日子里，你正在地毯上走來走去，然後拿起蜂窩電話，接著 “啪 ”—這就會把一個高電壓，靜電放電（ ESD）脈沖傳到這個設(shè)備那里。如果沒有適當(dāng)?shù)?ESD 保護(hù)，一個或多個 IC 有可能受到損壞。不過，增添外部元件來保護(hù) ESD 的破壞又會與小型化趨勢相違背。 另一個問題是能源管理，蜂窩電話用戶希望電池的兩次充電之間隔愈長愈好。這意味著 DC至 DC 轉(zhuǎn)換器必須是很高效率的。開關(guān)技術(shù)是它的答案，但在此情況下，轉(zhuǎn)換器也成了它自己的潛在噪聲源。所以必須小心選擇、放置轉(zhuǎn)換器，也要小心進(jìn)行互連。還有，由於體積是不可忽 視的因素，應(yīng)該選擇可以采用物理尺寸最小的無源元件的那種部件。如果采用線性穩(wěn)壓器的話，應(yīng)該挑選超低壓差式的，可讓輸出維持於最小電池電壓。這就能讓電池不再提供足夠電能之前盡行地放電。 “高速化 ”趨勢 將 1999 年中檔 PC 的規(guī)格與五年前的相比較，它的中央處理機(jī)速度提高了大約一個數(shù)量級，而由 CPU 消耗的電流也提高了約一個數(shù)量級。當(dāng)你將高速度和大電流結(jié)合一起， V=L（ di/dt）關(guān)系式中的 “di/dt”部份大幅地提高。事實(shí)上，電路板中半寸長的地線可能會感應(yīng)起超過 1 伏特的電壓於其上。對於轉(zhuǎn)換器 來說，地電位參考線會感應(yīng)電壓的話，可能導(dǎo)致運(yùn)作停止。 為要達(dá)致這些更高的速度， IC 在設(shè)計和制造上都采用深度次微米尺寸（例如 ）。這雖然縮減了幾何尺寸而得到快得多的性能，但也會令這些器件更容易招致鎖上（ latchup）及由瞬變引起的損害。而且，這些器件也要求更緊逼的能源管理以符合愈來愈嚴(yán)格的允許電壓范圍。 現(xiàn)時的 10／ 100Ether 網(wǎng)絡(luò)介面卡（ NIC）就是良好的例子，原來的 10Base－ T 芯片是大尺寸的 CMOS 器件，對於過電壓損壞相對地是不那麼敏感的。然而，新型的芯片 采用了 ，對於鎖上以及因瞬變而失效非常敏感 —因電能引致和雷電引致的瞬變。 現(xiàn)代的服務(wù)器，具有 SMP（對稱多處理能力）的體系結(jié)構(gòu)，以及 CPU 以500MHz或以上的頻率來運(yùn)作，就是能源分布挑戰(zhàn)方面的好例子。你不可以簡單地建造一個 5V 電源并把布線引到相應(yīng)的總線。以 500MHz 上限達(dá) 20A 或 30A的電流開關(guān)，它要求於每個使用點(diǎn)（ pointofuse）實(shí)際上有獨(dú)立的轉(zhuǎn)換器，還加上一個更大的一級電壓源對這些轉(zhuǎn)換器的全部進(jìn)行供電。 趨勢要求具有熱交換（ hotswap）的能力，意味著 你要能做到在現(xiàn)用系統(tǒng)里插入或除下電路板。這樣做也是預(yù)告會有瞬變產(chǎn)生的。如此一來，無論插入的板抑或主板都必須有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)作用。 無論小型化或高速化的趨勢都有其獨(dú)特的問題。例如，大電流能源分布對於小型、便攜、手持式設(shè)備來說，就不是個大問題。而對於桌面電腦和服務(wù)器來說，延長的電池壽命也不會成為問題。不過，鎖上和瞬變引致的損壞，在上述兩方面都成為問題。 鎖上和瞬變 對深度次微米 IC 從線寬的瞬變惡化了關(guān)於過電壓狀態(tài)的敏感性，意味著你要聰明一點(diǎn)，對這些器件進(jìn)行保護(hù)，但同時又不要影響 它們的性能。 在一個保護(hù)輸入里，任何保護(hù)元件於正常運(yùn)作下都必須呈現(xiàn)為一個高阻抗電路。它必須加載盡可能小的電容負(fù)荷，例如，假定它是對正常輸入訊號加入小小效應(yīng)的話。不過，在過電壓的一瞬間，那同一個器件必須成為該瞬變電能的主要通路，將它從受保護(hù)器件的輸入中引開。還有，保護(hù)器件的承受電壓應(yīng)該高於它保護(hù)的引腳上的最大允許電壓。同理，它的箝位電壓要足夠低，以防止受保護(hù)器件的損壞，這是由於在瞬變情況下，輸入上的電壓會是保護(hù)器件的箝位電壓。 以前，瞬變電壓抑制（ TVS）二極管在印刷電路板上有效地將瞬變 箝位。傳統(tǒng)的（ TVS）二極管是固態(tài) PN 結(jié)器件，低至 5V 的電壓也工作得很好。它們有快速的響應(yīng)時間，低的箝位電壓，高的電流浪涌能力 —全都是所希望的特性。不過，傳統(tǒng) TVS 二極管的問題是低於 5V 以下會抬起它的頭。在這里，它們所采用的雪崩技術(shù)是個障礙。要在 5V 以下達(dá)致 Standoff 電壓，要采用高度的摻雜（在1018/cm3 或以上）。這反過來，又會引致更高的電容和漏電電流，兩者都會損害高性能的。傳統(tǒng)的 TVS 二極管具有電壓相關(guān)的電容，隨電壓減少而增加。例如，在 5V 下，典型的 ESD 保護(hù)二極管會有 400pF 的結(jié)電容。我 們可以想像一下，這樣的電容性負(fù)載加於 100Base－ TEther 發(fā)射器或接收器的輸入節(jié)點(diǎn)，或加於通用串行總線（ USB）輸入，會有甚麼問題。而且，這些正正是最需要進(jìn)行瞬變保護(hù)的那些電路類型。 低於 5V 電壓的情況下，傳統(tǒng)的 TVS 二極管并非真正的選項。但這也不是說你再無可選擇的了。由加州伯克萊大學(xué)和 Semtech公司（加州 NewburyPark 市）共同開發(fā)的一種新技術(shù)，提供了一直低至 工作電壓的瞬變和 ESD 保護(hù)。你可以在一系列的 TVS 器件中去選定一種，具有合適的電容， standoff 電壓 ，和箝位電壓來符合自己系統(tǒng)的要求。之後，還要考慮應(yīng)把該器件放在板上的甚麼地方，如何給電路板布線等問題。 在保護(hù)通路中的寄生電感會引起高電壓的過沖及令 IC 損壞。在快速上升時間瞬變的情況尤甚，例如 ESD。由 ESD 感應(yīng)起的瞬變，據(jù) IEC100042 的定義，會在不到 1 納秒（ ns）內(nèi)到達(dá)它的峰值。以走線電感 20nH／寸來計算， 4 份 1寸走線自 10A 脈沖會引起 50V 的過沖。 你必須考慮所有可能的感應(yīng)通路，包括地線返回通路，在 TVS 和保護(hù)線路之間的通路，以及由連接器至 TVS 器件的通路。而且， TVS 器件應(yīng)該盡可能地靠近連接器放置，以便將瞬變耦合到靠近的其他走線。 一塊 10／ 100Ether 板是需要進(jìn)行瞬變保護(hù)的子系統(tǒng)。在 Ether 交換器和路由器中所用的器件是暴露在高能量，雷電感應(yīng)瞬變之下的。而所用的深度次微米 IC 在設(shè)計上對過電壓鎖上又是極度敏感的。在典型系統(tǒng)里，每個端口所用的雙絞線對介面由兩個不同的訊號對所組成 —一對用於發(fā)射器，另一對用於接收器。發(fā)射器輸入通常是最容易受到損壞的，在一個線路對中會出現(xiàn)有差異的致命性放電，并且透過變壓器以電容性地耦合到 EtherIC。 有一種情況是，訊號頻率很高（ 100Mbit/s）而供電電壓又低（典型是 ），保護(hù)器件必須有很低的容性負(fù)載，而其 standoff電壓遠(yuǎn)低於 5V。還有另一種情況，其中在保護(hù)通路中的寄生電感可以導(dǎo)致很大的電壓過沖。為使效率提到最高，電路板的布線應(yīng)該是，保護(hù)器和受保護(hù)線路之間的通路必須減至最低，而在 RJ45連接器和保護(hù)器之間的通路長度也減至最低。 熱交換／即插即用 愈來愈多的系統(tǒng)其設(shè)計是，在系統(tǒng)仍然加電期間，允許插板或插頭隨時插入和拔除。那些插板或插頭會插入到或拔除自帶有訊 號，電源線和地線的插座，而且有很高機(jī)會產(chǎn)生瞬變。此外，該系統(tǒng)還能夠動態(tài)地調(diào)整其電源，以適應(yīng)突然增加或減少的電流負(fù)載。 蜂窩電話或其他可攜電子設(shè)備會無心地帶電期間插入到或拔除自充電的系統(tǒng)。這同樣也會產(chǎn)生瞬變。在這里，除了瞬變保護(hù)之外，還需要有能源管理以適應(yīng)突然增加或減少的電流負(fù)載。 USB 介面的設(shè)計，是給桌面系統(tǒng)與周邊設(shè)備之間，提高一種高速的串行介接能力。還有， UB 介面有一根電壓供電線，可用來給連接著的周邊設(shè)備供電。如果沒有負(fù)載插入到 USB 插座里，它就是個開路的插座。由人體靜電對該插座感應(yīng)的 ESD 脈沖放電，會導(dǎo)通至電路板上，并會輕易地?fù)p壞 USB 控制器。 你必須確保這種高速總線里，無論數(shù)據(jù)線抑或電源線都采取了保護(hù)。并且，盡管能源管理已被寫入到 USB的