ESD-Polaritäts-Terminologie, wie sie auf dieser Website verwendet wird

Der Begriff “positives-ESD” bedeutet hier elektrostatische Entladung (ESD), deren Spannungs-Polarität dazu neigt in Durchlassrichung eine Laserdiode zu durchströmen. Negatives-ESD, meint ein ESD dessen Spannungs-Polarität dazu neigt in Sperrvorspannungsrichtung eine Laserdiode zu durchfließen.

Besprechung von ESD-Ansätzen

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Besprechung von ESD-Ansätzen

Einfacher Kondensator als ESD Schutz

image002-2Die Abbildung rechts zeigt ein ähnliches Modell, wie es derzeit verwendet wird – eines in dem ein Kondensator parallel zu einer Laserdiode verbaut wird. In dieser Anwendung werden typische Kondensator-Wertebereiche von mehreren hundert Nanofarad, hin zu mehreren Microfarad eingesetzt.

Auf den ersten Blick erscheint ein 1 Microfarad Kondensator ausreichen zu sein, um ein 15.000-Volt-ESD-Ereignis vor dem Überschreiten der maximalen Sperrspannung von 2,0 Volt und ähnlichen Durchlass-Grenzwerten zu bewahren. In der Realität, gibt es jedoch keine Kondensatoren, die ausschließlich kapazitive Eigenschaften besitzen.

Alle bekannten realen elektrischen Komponenten verfügen über parasitäre Eigenschaften. Kleine Kondensatoren können mit Ihrer nominalen Kapazität durch ein in Reihe geschalteten parasitären Widerstand, in Reihe mit einem parasitären induktiven Blindwiderstand modelliert werden.

Wie erwähnt, tritt ein ESD-Ereignis innerhalb einer Größenordnung von unter einer Nanosekunde, bis hin zu ein paar Dutzend Nanosekunden auf; somit entspricht dies einem Frequenzbereich von rund 20 MHz bis 1 GHz. Die Impedanz des Kondensators müssten daher weniger als 44 Milliohm bei 20 MHz bis 1 GHz sein, um die Laserdiode effektiv zu schützen.

Gewöhnliche 1-Microfarad-Elektrolyt-Kondensatoren haben einen gleichwertigen Reihen-Widerstand von 1 Ohm und eine entsprechende Reihen-Induktivität von etwa 15 Nanohenry. Diese Kombination gibt eindeutig eine Impedanz von größer als 44 Milliohm. Und trotz dessen, dass der beste 1-Microfarad-Tantal-Kondensatoren einen äquivalenten Serienwiderstand von annähernd 50 Milliohm hat, ist ihre äquivalente Serien-Induktivität in der Regel mindestens 1 Nanohenry, was eine Impedanz von über 6 Ohm bei 1 GHz zur Folge hat. Es ist nicht bekannt ob derzeit ein Kondensator existiert, dessen Impedanz bei 44 Milliohm liegt und sich damit in dem interessanten Frequenzbereich befindet.

Jedoch selbst wenn ein perfekter Kondensator verwendet würde, um einen effektiven Schutz der Laserdiode gegen ESD zu gewährleisten, würde solch eine Kapazität die direkte Modulation der Laserdiode fortwährend schwieriger machen, vor allem für hohe Modulationsfrequenzen. Somit gibt es klare Nachteile für den Ansatz mit einem einfachen Kondensator.

Zudem haben bereits andere Studien gezeigt, wie ESD Keramikkondensatoren zerstören kann. Solch eine Studie finden Sie hier: http://www.ce-mag.com/archive/01/Spring/Lee.html