ESD维护对高密度、小型化和具有杂乱功用的电子设备而言具有重要意义。本文探讨了选用TVS二极管防止ESD时，最小击穿电压和击穿电流、最大反向漏电流和额外反向关断电压等参数对电路的影响及挑选原则，并针对便携消费电子设备、机顶盒、以及个人电脑中的视频线路维护、USB维护和RJ-45接口等介绍了一些典型运用
跟着移动产品、打印机、PC，DVD、机顶盒(STB)等产品的迅速发展，顾客正要求越来越先进的功用。半导体组件日益趋向小型化、高密度和功用杂乱化，特别是像时髦消费电子和便携式产品等对主板面积要求严厉的运用很简单遭到静电放电的影响。一些选用了深亚微米工艺和甚精密线宽布线的杂乱半导体功用电路，对电路瞬变进程的影响愈加灵敏，将导致上述的问题愈加激化。
ESD维护原理
电路维护元件存在几种技能，当挑选电路维护元件时，若规划师挑选不妥的维护器材将只能供给过错的安全概念。电路维护元件的挑选应依据所要维护的布线状况、可用的电路板空间以及被维护电路的电特性来决议。此外，了解维护元件的特性常识也非常必要，需求考虑的重要要素之一是器材的箝位电压。所谓箝位电压是在ESD器材里跨在瞬变电压消除器(TVS)上的电压，它是被维护IC的应变电压。。
因为运用先进工艺技能制作的IC电路里氧化层比较薄，栅极氧化层更易遭到危害。这意味着较高的箝位电压将在被维护IC器材上发生较高的应变电压，并且增加了失效的概率。
许多维护元件都被规划成可吸收很多的能量，因为元件结构或规划上的原因也导致其具有很高的箝位电压。因为变阻器的箝位电压太高，他们不能够供给有用的ESD维护。此外，因为变阻器的高电容他们也不能给高速数据线路供给维护。TVS二极管正是为处理此问题而发生的，它已成为维护便携电子设备的要害性技能。
TVS二极管是专门规划用于吸收ESD能量并且维护体系免遭ESD危害的固态元件。假如运用妥当，TVS二极管将约束跨在被维护器材上的电压刚好高过额外作业电压，可是却远低于损坏阈值电压。
TVS相关参数
处理瞬时脉冲对器材危害的最好方法是将瞬时电流从灵敏器材引开。TVS二极管在线路板上与被维护线路并联，当瞬时电压超越电路正常作业电压后，TVS二极管
便发生雪崩，供给给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流经过二极管被引开，避开被维护器材，并且在电压康复正常值之前使被维护回路一向坚持截止电压。当瞬时脉冲完毕今后，TVS二极管主动回复高阻状况，整个回路进入正常电压。许多器材在接受屡次冲击后，其参数及功用会发生退化，而只需作业在限制规模内，二极管将不会发生损坏或退化。
从以上进程能够看出，在挑选TVS二极管时，有必要留意以下几个参数的挑选：
1. 最小击穿电压VBR和击穿电流IR。VBR是TVS最小的击穿电压，在25℃时，低于这个电压TVS是不会发生雪崩的。当TVS流过规则的1mA电流(IR)时，加于TVS南北极的电压为其最小击穿电压VBR。按TVS的VBR与规范值的离散程度，可把VBR分为5%和10%两种。关于5%的VBR来说，VWM=0.85VBR；关于10%的VBR来说，VWM=0.81VBR。为了满意IEC61000-4-2国际规范，TVS二极管有必要到达能够处理最小8kV(触摸)和15kV(空气)的ESD冲击，有的半导体出产厂商在自己的产品上运用了更高的抗冲击规范。关于某些有特殊要求的便携设备运用，规划者能够按需求挑选器材。
2.
最大反向漏电流ID和额外反向关断电压VWM。VWM这是二极管在正常状况时可接受的电压，此电压应大于或等于被维护电路的正常作业电压，不然二极管会不断截止回路电压；但它又需求尽量与被维护回路的正常作业电压挨近，这样才不会在TVS作业曾经使整个回路面对过压要挟。当这个额外反向关断电压VWM加于TVS的南北极间时它处于反向关断状况，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ID。
3. 最大箝位电压VC和最大峰值脉冲电流IPP。当持续时刻为20mS的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两头呈现的最大峰值电压为VC。VC、IPP反映了TVS的浪涌按捺才能。VC与VBR之比称为箝位因子，一般在1.2~1.4之间。VC是二极管在截止状况供给的电压，也便是在ESD冲击状况时经过TVS的电压，它不能大于被维护回路的可接受极限电压，不然器材面对被危害的风险。
4. Pppm额外脉冲功率，这是依据最大截止电压和此刻的峰值脉冲电流。关于手持设备，一般来说500W的TVS就足够了。最大峰值脉冲功耗PM是TVS能接受的最大峰值脉冲功耗值。在给定的最大箝位电压下，功耗PM越大，其浪涌电流的接受才能越大。在给定的功耗PM下，箝位电压VC越低，其浪涌电流的接受才能越大。别的，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时刻和环境温度有关。并且，TVS所能接受的瞬态脉冲是不重复的，器材规则的脉冲重复频率(持续时刻与间歇时刻之比)为0.01%。假如电路内呈现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的累积，有或许损坏TVS。
5. 电容量C。电容量C是由TVS雪崩结截面决议的，是在特定的1MHz频率下测得的。C的巨细与TVS的电流接受才能成正比，C太大将使信号衰减。因而，C是数据接口电路选用TVS的重要参数。电容关于数据/信号频率越高的回路，二极管的电容对电路的搅扰越大，构成噪声或衰减信号强度，因而需求依据回路的特性来决议所选器材的电容规模。高频回路一般挑选电容应尽量小(如LCTVS、低电容TVS，电容不大于3pF)，而对电容要求不高的回路电容挑选可高于40pF。
ESD运用
1.底部连接器的运用
底部连接器规划广泛运用在移动消费类产品上，现在市场上运用产品首要为移动电话、PDA、DSC(数码相机)以及MP3等便携产品。
因为是直流回路，可选用高电容器材。此端口或许会遭到高能量的冲击，能够选用集成了TVS和过流维护功用的器材。
如图1所示，是便携产品的底部连接器维护电路的示意图，其间的数据线维护IC为NZQA5V6XV5T1、NZQA6V2XV5T1、NZQA6V8XV5T1、NZQA8V2XV5T1、NZQA5V6AXV5T1、NZQA6V8AXV5T1、MSQA6V1W5T2、SMF05T1和NSQA6V8AW5T2。
以上产品都带4个单相独立线路ESD维护，其间MSQA系列、NSQA系列和SMF05的封装方式是SC-88A，NZQA系列的封装方式是SOT-553。其间NZQA5V6XV5是5.6V单向式TVS维护器材；NZQA6V2XV5是6.2V单向式TVS维护器材；NZQA6V8XV5是6.8V单向式TVS维护器材；NZQA6V8AXV5是6.8V单向式、低电容TVS维护器材；NUP4102XV6是14V双向式、低电容TVS。这些SOT5xx封装的TVS器材均针对260℃回焊温度处理工艺出产，契合100%无铅和静电放电维护的要求，比传统的SC88封装削减电路板空间达36%，下降厚度40%，合适用于对电路板空间要求严厉的便携设备，如手机、数码相机、MP3播放器。
2 RJ-45(10/100M以太网网络)
RJ-45接口广泛运用在网络连接的接口设备上，典型的运用便是10/100M以太网网络。
如图2所示，RJ-45数据线维护首要运用了安森美公司的低电容瞬态电压按捺二极管–SL05，作业电压是5V。实际上该公司有一系列的SLXX产品，产品从SL05到SL24，作业电压掩盖5V、12V、15V、24V。契合IEC 61000-4-2(ESD)15kV(空气)8kV(触摸)/IEC 61000-4-4(EFT)40A(5/50ns)/IEC 61000-4-5(Lightning)12A(8/20us)规范，除了用在LAN/WAN设备上，还合适用于高速数据线维护，移动电话和USB端口的维护。
3. 视频线路的维护
现在视频常见的输出端口规划有D-SUB(如图3)、DVI(28线)、SCART(19线)和D-TERMINAL(首要日系产品在用)。视频数据线具有高数据传输率，数据传输率高达480Mbps，有的视频数据传输率到达1G以上，因而要挑选低电容LCTVS，它通常是将一个低电容二极管与TVS二极管串联，以下降整个线路的电容(可低于3pF)，到达高速率回路的要求。ONSEMI半导体公司的SRDA05-4具有杰出的低电容特性，能够供给4路ESD维护，而它的后继产品SRDA05-6能够供给多达6路ESD维护。SRDA05-X系列产品适用于一切高速通讯线路的维护。
4. SIM卡数据线路维护
SIM卡数据线路维护一向是各个公司的产品要点,并且专门为此类端口规划的集ESD(TVS)/EMI/RFI防护于一个芯片的器材，充分体现了片式器材的无限集成计划。
在针对不同用处挑选器材时，要防止使器材作业在其规划参数极限邻近，还应依据被维护回路的特征及或许接受ESD冲击的特征选用反应速度足够快、灵敏度足够高的器材，这关于有用发挥维护器材的效果非常要害，别的集成了其它功用的器材也应当首要考虑。
很多半导体厂商供给了多种不同的TVS二极管封装方式，尤其是像SOT23和SC-70，以及与芯片平等巨细的倒装芯片之类的微型封装，在板上只占约4.8mm2的方位，却能够一起维护多个线路。最近的许多新产品更是习惯便携设备高集成度、小型化要求，将EMI/RFI/ESD维护集成在一个器材中，不光能够有用缩小空间，还大大削减了本钱，下降了器材收购本钱和加工本钱，关于一起需求这几种维护功用的端口来说，可谓规划者的首选(图4)。
5. USB维护
一般USB的ESD维护分上行(图5)和下行(图6)两种状况。针对USB 1.1的ESD维护下行首要选用了NUF2101，上行ESD维护选用STF202或许NUF2221W1T2。这些产品即能满意USB线路终端的ESD维护，还具有杰出的滤波功用。
6. 音频/扬声器数据线路维护
在音频数据线路维护方面(图6)，因为音频回路的信号速率比较低，对器材电容的要求不太高，100pF左右都是能够接受的。有的手机规划中将耳机和麦克风合在一起，有的则是分立线路。前一种状况能够挑选单路TVS，然后一种状况假如两个回路是邻近的，则能够选用多路TVS阵列，只用一个器材就能完结两个回路的维护。
7. 按键/开关
关于按键和开关回路，这些回路的数据率很低，对器材的电容没有特殊要求，用一般的TVS阵列都能够担任。
本文总结
以上的产品首要是针对数据线路的ESD维护。在表1中所列器材中有四款是专为为USB、以太网、防火墙和其他高速数据运用规划的滤波器。这些器材契合USB的一切要求，包含电磁搅扰滤波和上行/下行端口的线路终端。这些新式集成元件均能代替现在需选用12个元件的分立元件处理计划。八款新式器材供给静电放电(ESD)维护，具有业界最低电容。这些新式维护器材均经过了15千伏触摸放电测验，测验规范高于IEC61000的8千伏ESD规范。这些器材具有1.5皮法%&&&&&%典型值，保证了数据线速度以及数据完整性。
此外，关于便携式设备来说，各类%&&&&&%的杂乱性和精密度的进步使它们对ESD也愈加灵敏，以往的通用回路规划也不再合适。合理的PCB布局最重要的是要在运用TVS二极管维护ESD危害的一起防止自感。ESD规划很或许会在回路中引起寄生自感，会对回路有强壮的电压冲击，导致超出%&&&&&%的接受极限而构成损坏。负载发生的自感电压与电源改动强度成正比，ESD冲击的瞬变特征易于诱发高强自感。减小寄生自感的基本原则是尽或许缩短分流回路，有必要考虑到包含接地回路、TVS和被维护线路之间的回路，以及由接口到TVS的通路等一切要素。所以，TVS器材应与接口尽量挨近，与被维护线路尽量挨近，这样才会削减自感耦合到其它邻近线路上的时机。
在电路板规划中还应留意以下几点：尽量防止在维护线路邻近走比较要害的信号线，尽量将接口安排在同一个边上；选用高集成度器材，二极管阵列不光能够大大节省线路板上的空间，并且削减了因为回路杂乱或许诱发的寄生性线路自感的影响；防止被维护回路和未施行维护的回路并联，将接口信号线路和接地线路直接接到维护器材上，然后再进入回路的其它部分，将复位、中止、操控信号远离输入/输出口，远离PCB的边际；各类信号线及其馈线所构成的回路所盘绕面积要尽量小，必要时可考虑改动信号线或接地线的方位；在或许的当地都参加接地址。
作者：杜玉广，Email: atumudyg@163.com，世平集团公司
