上海雷卯：传感器（4-20mA）静电防护方案

发布时间：2024-06-28 10:08
作者：AMEYA360
来源：上海雷卯
阅读量：951

　　采用S1M与LC2401CW保护常规4-20mA 24供电的敏感传感器芯片

　　方案优点：小封装，低电容，大电流保护。满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电30kV，空气放电30kV。

上海雷卯：传感器（4-20mA）静电防护方案

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　　二极管种类区别　　按操作特性进行比较：　　器件结构说明对比：　　肖特基二极管由金属与半导体结结形成。在电气方面，它由多数载波进行，具有较低的电流泄漏和正向偏置电压(VF)的快速响应。肖特基二极管广泛应用于高频电路中。　　齐纳二极管由掺杂的P-N半导体结组成。有两种物理效应可以称为泽纳状态(泽纳效应和阿瓦兰奇效应)。当对P-N结施加低反向电压时，由于量子效应而传导，将发生泽纳效应。当大于 5.5 伏特电压反向施加到 PN 结时，产生电子孔对与晶格碰撞时，就会产生 Avalanche 效应。基于齐纳效应的齐纳二极管在电子电路中被广泛用作电压参考源。　　TVS二极管由专门设计的 P-N 半导体结组成，用于浪涌保护。PN 结通常涂覆，以防止在非传导状态期间过早发生电压电弧。当发生瞬态电压事件时，TVS 二极管会使用 Avalanche 效应进行夹紧瞬态电压。TVS二极管广泛应用于电信、通用电子和数字消费市场，用于闪电、ESD和其他电压瞬态保护。　　ESD代表TVS硅保护阵列。它是一系列集成的 PN 结、SSC 或其他硅保护结构，封装在多引脚结构中。ESD可用作电信、通用电子产品和数字消费市场的 ESD、闪电和 EFT 保护的集成解决方案，这些市场存在多个保护机会。例如，它可用于 HDMI、USB 和以太网端口 ESD 保护。
2025-08-19 16:44 阅读量：297
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　　电子产品常用的浪涌测试波形有多不同浪涌波形的主要区别在于能量、持续时间和模拟的物理现象(如直击雷、感应雷、开关操作，抛负载)，用于在实验室针对特定端口(电源/信号)和标准测试设备(如SPD)抵抗相应威胁的能力。常用浪涌测试波形列表如下，以下详细解析说明。　　上海雷卯实验室可以提供:抛负载，10/1000μs，8/20μs，1.2/50μs，10/700μs, 5/320μs免费摸底测试。　　波形　　物理含义　　核心应用场景　　测试对象　　8/20μs　　设备端感应雷电流　　电源/信号端口防护、二级SPD测试　　SPD的 In/Imax　　1.2/50μs　　开路电压应力　　设备绝缘耐受测试、组合波电压分量　　设备耐压能力　　10/350μs　　直击雷部分雷电流　　建筑物入口一级防护　　SPD的 Iimp (冲击电流)　　10/700μs　　千米通信线感应浪涌电压　　电话/以太网端口抗扰度测试　　通信接口耐压　　5/320μs　　通信线浪涌电流　　通信SPD泄流能力测试　　通信SPD能量耐受　　10/1000μs　　工业长持续时间能量应力　　SPD热稳定性验证、电力系统后备保护　　极端能量耐受能力　　抛负载　　汽车电子设备过压耐受力　　汽车发电机断载，汽车ECU/传感器电源防护　　车载电子过压保护能力　　一. 8/20 μs 波形 (电流波形 - Current Wave)　　8/20 μs 波形:波前时间(从10%峰值上升到90%峰值)约为 8 μs，半峰值时间(从波前沿峰值点下降到50%峰值)约为 20 μs。波形图如下：　　模拟：感应雷击、开关操作(如电容投切)在电源/信号线上感应的电流脉冲。　　测试:侧重SPD的标称放电电流(In) 和 最大放电电流(Imax)(IEC 61643-11)。电源端口浪涌抗扰度测试(IEC 61000-4-5，组合波中的电流部分)。　　特点：上升快，持续时间相对较短。能量中等。是应用最广泛的浪涌电流测试波形。　　典型应用：低压配电系统SPD(Type 2)、电子设备电源入口防护。　　二. 1.2/50μs 波形 (电压波形 - Voltage Wave)　　1.2/50μs 本身是一个开路电压波形，更常用的是组合波发生器 (Combination Wave Generator - CWG)。CWG 在开路时输出 1.2/50μs 电压波，在短路时输出 8/20μs 电流波。当连接到被测设备时，实际的电压和电流波形由发生器的内阻和设备的阻抗共同决定。　　1.2/50 μs波形：波前时间1.2μs(电压从峰值的 10% 升至 90% 所需时间)，半峰时间 ：50μs(电压从峰值衰减至 50% 所需时间)。　　模拟: 主要模拟感应雷和开关操作引起的过电压威胁。　　测试:设备绝缘耐压性能(如安规测试);浪涌抗扰度测试(IEC 61000-4-5)的核心波形，考核设备端口抗过电压能力;SPD的电压保护水平(Up)。　　特点: 电压波形上升相对较慢(1.2μs)，持续时间中等(50μs)。组合波测试更贴近实际，因为设备端口既不是纯开路也不是纯短路。　　典型应用：家电、工业设备、电源模块的EMC测试。　　三.10/350μs 波形 (电流波形 - Current Wave)　　10/350us波形：是典型雷电击穿大地的雷电流曲线，是雷电直接袭击电力线和避雷针的雷电流曲线，这是一个长波头、长持续时间的大电流波形，我们一般称直击雷波形：波前时间约为10 μs，半峰值时间约为350 μs。　　模拟：模拟直击雷通过外部防雷系统LPS(如避雷针、引下线、接地网)泄放的部分雷电流,能量极大。　　测试: 浪涌保护器(SPD)的冲击电流(Iimp)测试，这是10/350us波形最核心的应用。Iimp参数用于评估SPD(通常是第一级防护)承受直击雷部分雷电流单次冲击的能力。是衡量SPD泄放巨大直击雷能量的关键指标。这是评估SPD承受极高能量雷电流冲击能力的严酷测试。雷电防护分区(LPZ)的入口点防护(一级防护)：安装在建筑物总配电柜或入户处的SPD必须通过Iimp(10/350us)测试，以应对最严酷的直击雷威胁。　　特点: 能量极大(相同峰值下能量约等于8/20μs波形的能量20倍)，持续时间长(350μs)。代表了最严酷的雷击威胁。　　典型应用：建筑物总配电柜Type 1 SPD(如避雷针引下线附近)。　　四. 10/1000μs 波形 (电流波形 - Current Wave)　　10/1000μs 波形：波前时间约为10 μs，半峰值时间约为 1000 μs (1 ms)。　　模拟：主要模拟电力系统中的操作过电压，特别是持续时间较长的开关事件(如变压器的励磁涌流、长输电线路的开关操作、故障清除等)产生的过电流。也用于模拟某些感应雷的长尾效应。　　测试：SPD/设备在长时间浪涌下的热稳定性(是否过热烧毁);电力设备(如变压器、断路器)的绝缘强度验证。　　特点: 上升相对较慢(与8/20us比)，但持续时间非常长(1000μs vs 20μs)。因此，总能量非常大。对器件和SPD的热应力考验更严峻。　　典型应用：高压设备测试、特定行业标准(如电信电源SPD)。　　五. 10/700μs 波形 (电压波形 - Voltage Wave / Combination Wave)　　通常指开路电压波形或组合波(开路电压10/700μs，短路电流5/320μs - 见6)。　　10/700μs波形：波前时间约为 10 μs，半峰值时间约为 700 μs。　　模拟: 主要模拟感应雷击在长距离通信线路(如电话线、数据线)上产生的浪涌电压。长距离线路的分布电感和电容导致浪涌上升和下降变缓。　　测试: 是通信线路端口浪涌抗扰度测试(IEC/EN 61000-4-5, GB/T 17626.5)的标准波形之一(另一个是1.2/50(8/20)组合波)。 通信线SPD(如RJ45、电话接口防护器)的性能考核。　　特点：上升时间10μs与10/350us相同，但半峰值时间更长(700μs)。其总能量也很大，但通常电压较高，电流相对较低(因为通信线路阻抗通常比电源线高)。　　典型应用：网络设备、基站、安防系统的信号线防护。　　六. 5/320μs 波形 (电流波形 - Current Wave)　　这是与10/700μs电压波形配对的短路电流波形(在组合波发生器中，当输出端短路时产生)。　　5/320μs波形：波前时间约为5 μs，半峰值时间约为 320 μs。　　模拟:与10/700μs电压波对应，模拟通信线路短路时(或低阻抗负载时)可能流过的浪涌电流特性。　　测试: 在测试通信线路浪涌保护器时，会使用10/700μs(开路电压) / 5/320μs(短路电流)组合波来评估其性能。核心是测试SPD在通信线路上泄放这种特定波形浪涌的能力。　　特点: 电流波形，上升时间5μs，半峰值时间320μs。能量特性介于8/20μs和10/350μs之间，但专门针对通信线场景。　　七. 抛负载(Load Dump)　　汽车电子专属!发电机运行时，若电池连接突然断开(如腐蚀松脱)，发电机励磁磁场崩溃产生高压脉冲。　　波形特点：(ISO 7637-2 / ISO 16750-2),参考下表，抛负载测试参数和5A,5B 波形。　　电压峰值：+65V ~ +101V(12V系统)或 +123V ~ +202V(24V系统)　　上升时间：5ms ~ 10ms; 波长时间：40ms ~ 400ms　　内阻：0.5Ω ~ 4Ω(能量巨大，可达数百焦耳)。　　测试：汽车电子设备(ECU、传感器)的过压耐受能力和保护电路有效性;考核抛负载保护器(TVS/压敏电阻)的能量吸收能力。　　与浪涌核心区别：　　抛负载是毫秒级(ms)，浪涌是微秒级(μs);抛负载能量远超雷击浪涌(10/350μs除外)。　　应用场景：内燃机车辆的电源系统
2025-08-07 11:53 阅读量：392
上海雷卯电子：ROBOT之鼻金属氧化物半导体气体传感器静电浪涌防护技术
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上海雷卯电子：ROBOT之鼻金属氧化物半导体气体传感器静电浪涌防护技术

　　一、 解密 “电子鼻”　　1.电子鼻的工作原理　　金属氧化物半导体(MOS)气体传感器构成的 “电子鼻”，核心原理是利用金属氧化物(如 SnO₂、ZnO 等)表面对气体的吸附 - 脱附特性。当目标气体与金属氧化物表面接触时，会发生化学吸附反应，导致材料的电导率发生变化。传感器通过检测这种电导率的变化，经过信号放大、模数转换等处理，最终实现对气体种类和浓度的识别。例如，在检测一氧化碳时，一氧化碳分子与 SnO₂表面的氧离子结合，释放出电子，使 SnO₂的电导率升高，通过电路将这一变化转化为可识别的电信号，从而完成对一氧化碳的检测。　　02.电子鼻的应用领域　　工业安全：在化工、石油等行业，“电子鼻” 可实时监测车间内的易燃易爆气体(如甲烷、丙烷)和有毒气体(如硫化氢、氯气)，一旦浓度超标，立即发出警报并联动设备停机，保障生产安全。　　环境监测：用于大气质量监测站、污水处理厂等场景，检测空气中的挥发性有机物(VOCs)、二氧化硫、氮氧化物等污染物，为环境治理提供数据支持。　　智能家居：集成在空调、空气净化器等设备中，感知室内甲醛、苯等有害气体浓度，自动调节设备运行状态，改善室内空气质量。　　医疗健康：通过检测人体呼出气体中的特殊成分(如丙酮可反映糖尿病状况)，辅助疾病的早期诊断和监测。　　农业：农业种植中在大棚、大田场景，监测作物释放的乙烯、萜类气体，为植保措施提供数据支撑。农产品仓储中，识别粮库霉菌挥发物(如苯甲醛)、坚果仓虫害代谢 VOCs，预警霉变、虫害风险。　　汽车行业：在车内座舱，监测甲醛、TVOC 等挥发物，浓度超标自动启动净化系统。在油路、气路周边，检测汽油蒸气、甲烷泄漏，触发声光报警。　　03.核心结构　　半导体气体传感器通常集成多种关键功能模块，核心结构包括：　　加热单元(heater/hotplate)：为传感器提供高温工作环境，确保金属氧化物敏感材料处于活性状态，维持表面氧化还原反应的持续进行;　　金属氧化物敏感层(MOx material)：作为气体检测的核心，其电阻率随与目标气体的接触发生显著变化，是实现气体浓度转化的关键载体;　　信号处理模块：包含模拟信号采集与数字信号处理单元，可对传感器输出的电阻变化信号进行放大、滤波等处理，并集成湿度补偿功能，减少环境湿度对检测精度的干扰;　　控制与接口组件：配备控制器(controllers)及数字/模拟接口(如 SDA、SCL)，实现对加热单元的温度调控、传感器工作状态的监测以及检测数据的传输。　　在智能制造与物联网深度融合的今天，气体传感器作为设备的 “嗅觉神经”，其稳定运行离不开可靠的防护方案。雷卯电子基于十余年技术积累，为金属氧化物半导体(MOS)气体传感器量身定制全链路防护方案，从信号到电源构建立体屏障，确保 “电子鼻” 在复杂电磁环境中精准感知。　　二、金属氧化物半导体气体传感器的防护方案　　1.BOSCH的气体传感器BME688开发套件：　　　　3.3V防护：雷卯采用SD03C(SOD-323封装)/　　ESDA33CP30(DFN1006封装)，IEC61000-4-2，等级4，接触放电30KV，空气放电30KV，箝位电压≤13V，低于 MOS 栅极耐压阈值(<30V)，避免静电击穿。　　IO信号保护：雷卯采用ESDA33CP30(DFN1006)针对传感器信号静电防护，满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电30KV，空气放电30KV。　　SD卡静电防护方案: 雷卯采用集成器件SR33-04A/USRV05-4保护，结电容小于1PF，可以保证信号完整性的同时，通过静电测试。满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电8kV，空气放电15kv.　　2.通信与电源防护：多维度筑牢安全防线　　通信接口：UART 接口采用 ESDA33CP30(3.3V)，结电容≤3pF 兼容 115200bps 速率;CAN 总线选用 SMC24，±30kV 空气放电防护满足工业级需求。　　电源系统：12V电源入口增加TVS器件，抵御静电浪涌，满足 IEC 61000-4-5 浪涌测试(1.2/50μs)。　　上海雷卯电子(Leiditech)致力于成为电磁兼容解决方案和元器件供应领导品牌，供应ESD、TVS、TSS、GDT、MOV、MOSFET、Zener、电感等产品。雷卯拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务，为客户提供最优质的解决方案。
2025-08-01 10:39 阅读量：353
上海雷卯电子：如何选择合适电容值的ESD二极管
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上海雷卯电子：如何选择合适电容值的ESD二极管

　　作为一名关注通信接口和电子元器件的专业人士，你一定对ESD(Electrostatic Discharge)二极管非常感兴趣。让上海雷卯电子和AMEYA360带你来了解一下ESD二极管是什么，以及如何选择合适电容值的ESD二级管吧。　　ESD二极管，也被称为静电保护二极管，是一种用于保护电子元器件免受静电放电(ESD)损害的器件。静电放电是一种常见的电磁干扰源，可能对通信接口和其他电子设备造成严重的损坏。ESD二极管能够迅速响应并吸收静电放电，将其引导到地线，保护接口和其他电路免受损害。　　在选择合适的电容值ESD管时，需要考虑以下几个因素：　　1. 通信接口的速率和带宽：不同速率和带宽的通信接口对ESD保护的要求不同。较高速率的接口可能需要更低的电容值，以确保快速的信号传输和响应。　　2. 接口的电气特性：了解通信接口的特性阻抗、信号电平以及信号线的布局等，有助于选择合适的ESD管电容值。经过仔细计算和模拟，可以确定最佳的电容值范围。　　3. ESD保护需求：根据应用场景和系统对ESD保护的需求，选择适当的电容值。一般情况下，较高的电容值可能增加对信号传输的影响。　　上图这颗是低容值ESD ，可以用在高速通讯接口上。　　通过综合考虑以上因素，可以选择适合特定通信接口的合适电容值的ESD管。此外，与供应商和技术专家的交流也是非常重要的，他们能够提供更具体的建议和指导。　　保护通信接口免受ESD损害是确保系统稳定性和可靠性的关键。通过选择合适电容值的ESD管，我们能够提供可靠的ESD保护，确保通信接口的正常工作，同时保护其他电子元器件免受静电放电的危害。
2025-07-18 11:34 阅读量：307
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