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耐脉冲芯片电阻被设计用于高能量静电放电（ESD）应用。
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耐脉冲芯片电阻与瞬态浪涌抑制二极管（TVS）一起可用于保护敏感逻辑电路的输入。
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以 ADI 的 MAX22199ATJ+ 为例。该 IC 用于提高 PLC 在恶劣工业环境中的生存能力。
介绍
从技术角度来看，我们可以探讨静电放电（ESD）和电子元件的生存能力。具体来说，让我们看看一个工业应用，其中涉及 ADI 的 MAX22199ATJ+。这是一个数字输入 IC，设计用于接受八个 24 VDC 输入，并通过 SPI 接口与微控制器连接。ESD 保护是此高阻抗输入电路的核心设计元素。相关可编程逻辑控制器（PLC）的可靠性和生存能力取决于 IC 的设计和 PCB 实现。它就像一个糖果，有一个坚硬、不可穿透的 ESD 外壳，里面是美味的敏感逻辑。
正是在现实世界与输入电路之间的这个接口处，我们找到了耐脉冲芯片电阻。它们通常与瞬态电压抑制（TVS）二极管一起使用。这些电阻专门设计用于吸收 ESD 能量而不会自毁或闪络，提供缓冲，从而扩展 TVS 二极管的能力。
ESD 简介
人体静电放电是 ESD 损坏的常见原因。我们可以将人体建模为一个充电电容器和一个串联电阻。电容器的能量通过直接接触或通过气隙放电到电路中。
能量将采取所有可用路径，对敏感电子设备造成破坏。例如，ESD 很容易穿过 MOS 栅极结构，立即破坏或显著缩短电子设备的寿命。它可以轻松跨越间距紧密的 PCB 走线，在间距紧密的 IC 引脚之间跳跃，甚至跨越小型 SMD 电阻和电容器。
技术小贴士： ESD 比我们许多人意识到的更为普遍。我最喜欢的演示是使用一个小霓虹灯。将一条腿接地，另一条腿暴露。示波器的接地夹提供了一个方便的连接。摩擦你的脚然后触摸灯。如果你看到橙色闪光，你的身体充电至少 90 伏。根据你的鞋子和地板类型，你可能只需拖着脚就能激活霓虹灯。
PCB 级 ESD 保护简介
在基本层面上，ESD 损坏完全与抑制、钳位和限流有关，以防止片上微小硅结构的破坏。
抑制
电流会采取所有可用路径，而不仅仅是传说中的 “最小电阻路径”。高电压放电很容易跨越电路板走线和组件。这意味着我们应该使用物理上大的器件，在任何可能受到 ESD 影响的部分之间有大的间隙甚至 PCB 沟槽。这将把放电限制在单个受控路径上。
钳位以限制电压
使用快速作用二极管进行钳位是保护 IC 的最后一道防线。我们可以使用气体放电管、间距紧密（倾斜）的 PCB 结构、快速二极管和 TVS 二极管。
请注意，钳位依赖于限流。毕竟，如果超过脉冲电流或脉冲能量，钳位就无法发挥作用。没有限流，东西往往会爆炸。
限流
限流与电阻有关。具体来说，我们的耐脉冲电阻。
耐脉冲电阻有什么特点？
在这种情况下，耐脉冲电阻设计用于处理高能量（高电压）微秒宽度脉冲。它们必须可靠地这样做而不会击穿（电阻突然降低导致钳位破坏）、闪络或由于高（E^2）/ R 而爆炸。它们还应避免寄生效应，如电感，这会使脉冲情况恶化。
耐脉冲芯片电阻是一种为脉冲应用优化的表面贴装电阻。多年前，我们会指定一个碳成分电阻。这种较旧的技术擅长在其本体（大的内部质量）电阻材料中吸收脉冲。如今，耐脉冲芯片电阻通常使用陶瓷表面贴装芯片上的厚膜构建，尺寸在 0402 到 2512 之间，例如这个 Stackpole 示例。
当您考虑耐脉冲芯片电阻时，请从在剧烈脉冲操作下的生存能力方面考虑。电阻必须保持完整而不改变属性。
使用 MAX22199ATJ+ 的应用示例
MAX22199ATJ + 是一个接口芯片。当安装在 PLC 中时，输入暴露在外部环境中并受到 ESD 影响。八路 24 VDC 输入到 SPI 转换器的框图如图 1 所示。请注意，输入通道具有双向 TVS 二极管。我们可以预期这个二极管速度快，但由于 32-TQFN 封装中的芯片尺寸小而受到限制。
如果使用限流电阻，TVS 二极管的有效性可能会提高。这在图 2 中显示，其中包括 1.5 kΩ 1 W CMB0207、RPC2512、CRCW2512-IF 或类似的耐脉冲芯片电阻。脉冲能量现在在串联电阻以及内部 耐脉冲芯片电阻中消散。只要电阻间隔足够远，我们的三个标准就得到满足，包括单路径、限流和钳位。
作为一个附注，图 3 表明需要额外的隔离级别。例如，MAX14483AAP+ 在 MAX22199ATJ + IC 和微控制器之间执行电隔离。回到我们的糖果，这是我们坚固的现场设备侧和美味敏感逻辑侧之间的分界线。
技术小贴士： 许多 PLC 工程师都遇到过这种电输入隔离。当 PLC 的输入块设计有自己的电源和返回连接（图 2 中的 GNA 与 GNB）时，这很容易看出。
图 1：ADI MAX22199ATJ+ 的功能框图。
图 2：ADI MAX22199ATJ + 的典型实现，每个输入上有 1.5 kΩ 耐脉冲电阻。
替代方案
在探索 MAX22199ATJ + 时，我们应该提到耐脉冲芯片电阻有替代品。图 3 显示了使用双向 LittleFuse SMAJ33CA TVS 的实现。这是一个相对较大的 TVS，能够在 10 uS 脉冲下耗散 400 W 峰值。它的钳位电压在 50 伏范围内。请注意，图 3 原理图中每个 MAX22199ATJ + 输入通道仍然包括一个串联电阻。这通过限流到内部 TVS 二极管提供了额外的保护。
图 3：ADI MAX22199ATJ + 的典型实现，每个输入上有大 TVS 二极管。
分线板
如图 4 所示，MIKROE - 6072 是一款低成本分线板，具有 MAX22199ATJ +。此设计采用了图 3 所示的 TVS 二极管替代方案。此 MIKROE 产品为实验 MAX 驱动芯片提供了一种低成本的方式。
图 4：MIKROE - 6072 的图像，具有 MAX22199ATJ + 和 LittleFuse TVS 二极管。
开发套件
在结束之前，我们应该提到模拟器件为 MAX22199ATJ+ 提供了一个开发套件，如图 5 所示。使用此套件，我们可以探索耐脉冲芯片电阻和 TVS 二极管解决方案。电阻用于上部的四个输入，而 TVS 二极管用于下部的四个输入。
在输入上试试 ESD 枪不是很有趣吗！
图 5：MAX22199ATJ + 开发套件的图像。
一些思考
耐脉冲芯片电阻是 ESD 保护的关键组件。在设计得当的系统中，电阻限制电流（消散脉冲能量），使 IC 的二极管钳位能够限制提供给敏感电子设备的电压。
不要用普通电阻替代耐脉冲芯片电阻！
在 ESD 事件中，较小的电阻可能会散开（爆炸性地）、击穿或闪络。这就像电路烧毁以保护保险丝。