소개
TLP(Transmission Line Pulse, TLP)는 ESD 이벤트와 유사한 펄스를 인가해 장치의 성능 특성을 측정 하는 기법이다.
TLP는 IEC 61000-4-2에서 정의한 시스템 레벨 ESD와 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2010에서 정의한 IC 레벨 HBM 모두에 적용된다.
TLP의 주요 용도 중 하나는 각 데이터 포인트가 ESD 파형의 특성을 반영한 펄스(nano sec 상승 및 100ns 펄스 폭)에서 얻는 전류 대 전압(I-V) 데이터를 얻는 것이다.
TLP에서 사용되는 100ns 펄스 길이와 최대 40A의 전류 레벨은 ESD 이벤트에서 발생하는 펄스 길이와 전류와 비슷하다.
Figure 1을 보면 IEC 8KV일때 전류 모양과, TLP 16A 파형과 유사하고, HBM 8K의 전류 파형과 TLP 4A 파형과 유사하다.
이와같이 시간폭과 전류수준의 유사하기 때문에, TLP 평가가 전자 부품의 ESD 특성을 파악하는데 가장 이상적인 test방법이라고 업계에서 인정하고 있다.
이 포스팅에서는 표준 또는 100ns TLP에 초점을 맞추고 있다.
나노초 미만의 상승 시간과 10ns 미만의 펄스 길이를 가진 TLP 시스템을 VF-TLP(Very Fast Transmission Line Pulse)라고 한다. VF-TLP 시스템은 주로 통합 회로에서 충전된 장치 모델(CDM) 동작을 탐색하는 데 사용된다.
CDM 이벤트는 여러 암페어의 피크 전류와 1ns 미만일 수 있는 펄스 폭을 가지고 있다.
VF-TLP 시스템은 보호 제품 turn on 속도를 탐색하는 데 유용할 수 있지만 IEC 61000-4-2 파형으로 대표되는 시스템 수준 ESD에서의 동작을 탐색하는 데 필요한 에너지를 전달할 수는 없다.
기본 TLP 시스템
기본 시간 영역 반사(TDR) TLP 시스템은 Figure2. 에 나와 있다.
약 10m 길이의 50ohm 동축 케이블로, 고전압에 충전되며, 펄스 소스의 역할을 한다.
충전된 50ohm의 동축 케이블은 부하로 방출될 때 직사각형 펄스를 생성한다.
펄스의 길이는 동축 케이블의 길이에 따라 달라진다. 충전된 케이블은 스위치, 감쇠기 및 짧은 50ohm 의 동축 케이블을 통해 Device under test (DUT)에 연결된다.
Attenuator의 출력 단부에 있는 전압 및 전류 프로브는 펄스의 전류와 전압을 측정할 수 있도록 고속 오실로스코프에 연결한다.
TLP 측정 방법
송전선은 전압으로 충전되고 그림 2의 스위치 SW는 닫혀 있다. 이것은 TLP 펄스를 생성한다.
펄스는 감쇠기를 통과하여 동축 케이블을 따라 DUT로 이동하며, DUT를 반사하여 attenuator 를 향해 다시 펄스 소스 전송선으로 이동한다.
임피던스 일치 attenuator는 반사 신호가 초기 100ns 이후 DUT에 계속해서 stress를 주지 않도록 포함되었다. (DUT에서 반사된 펄스는 DUT에 도달하기 전에 감쇠기를 두 번 통과하여 반사된 펄스의 곱하기 크기가 무시될 정도로 작아야 한다.)
사건 및 반사 신호는 오실로스코프에 의해 캡처된다.
DUT의 특성은 입사 및 반사 펄스의 측정된 특성으로 결정할 수 있다.
송신선의 신호가 종단에 도달하면 반사 신호는 다음과 같은 공식에서와 같이 종단 임피던스에 따라 달라지는데, 여기서 RDUT는 DUT의 저항이고 Z는 송신선의 특성 임피던스다.
RDUT가 50ohm 이면 반사가 없다.
DUT에 인가되는 파형은 사건과 반사된 펄스의 합이다.
100ns TLP의 경우 전압과 전류 프로브와 DUT 사이의 시간 지연이 100ns보다 훨씬 작으므로 전압 및 전류 프로브의 지점에서 입사 및 반사 펄스가 겹친다.
오실로스코프는 이런 현상을 측정한다.
저항이 50ohm 미만인 RDUT의 경우, 이것은 그림 3a에 설명되어 있다.
전압의 경우 먼저 입사 펄스를 볼 수 있지만, 전압 프로브와 DUT 사이의 전송 시간의 두 배가 지나면 반사 펄스가 도착하여 입사 펄스에 추가된다.
RDUT가 50ohm 보다 작기 때문에 반사된 펄스는 음이고 측정된 전압은 입사 펄스 값보다 작다.
입사 펄스가 전압 프로브를 통과한 후에는 반사된 펄스만 측정되고 negative pulse 가 나타난다.
주요 차이점은 전류의 경우 RDUT에 대한 반사 펄스가 50 미만인 경우 양의 값이며, 그 결과 오버랩 영역의 측정된 전류가 입사 펄스 기간 중보다 크다는 것이다.
펄스 측정에서 전류/전압 쌍을 얻기 위해 오실로스코프의 경우 입사 및 반사 펄스가 겹치는 시간(일반적으로 이 겹치는 시간) 동안 측정 윈도우가 정의된다.
측정 윈도우 동안의 전압과 전류는 그림 3c와 같이 I-V 곡선에 점으로 표시된다.
완전한 I-V 곡선을 얻기 위해 펄스 소스 전송 라인의 다양한 충전 전압에서 프로세스가 반복되며, 일반적으로 낮은 충전 전압에서 시작하여 높은 전압으로 진행된다.
요약
이 포스팅에서는 지속시간 및 전류 진폭이 시스템 수준 ESD 이벤트와 동일한 범위에 있는 펄스에서 각 데이터 지점이 I-V 곡선을 생성하는 데 TLP 시스템을 사용하는 방법을 설명했다.
이러한 I-V 곡선 및 동적 저항 및 전압 차단과 같은 이들로부터 파생된 매개변수를 사용하여 서로 다른 TVS 장치의 특성을 비교할 수 있으며 회로에서 TVS 장치 성능을 예측하는 데 사용할 수 있다.