來(lái)源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

靜電保護(hù)元件(ElertroStatic Discharged Protection)簡(jiǎn)稱ESD，是一種過(guò)壓保護(hù)元件，是為高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的I/O端口保護(hù)設(shè)計(jì)的器件。RLESD保護(hù)器件是用來(lái)避免電子設(shè)備中的敏感電路受到ESD(靜電放電)的影響。可提供非常低的電容，具有優(yōu)異的傳輸線脈沖（TLP）測(cè)試，以及IEC6100-4-2測(cè)試能力，尤其是在多采樣數(shù)高達(dá)1000之后，進(jìn)而改善對(duì)敏感電子元件的保護(hù)。靜電保護(hù)元件被廣泛應(yīng)用于HDMI接口、便攜式視頻設(shè)備、LCD等離子電視、USB2.0和IEEE1394接口、GPS系統(tǒng)、便攜設(shè)備（PDA、DSC、藍(lán)牙）、打印機(jī)接口、衛(wèi)星接收器、DVI、天線等進(jìn)而改善對(duì)敏感電子元件的保護(hù)。

目前市面上已經(jīng)存在多種ESD保護(hù)器件，但最常用的可分成三大類：聚合體、壓敏電阻/抑制器和二極管。選擇合適的ESD保護(hù)器件，最大的難點(diǎn)在于如何最容易地明確哪種器件可以提供最大的保護(hù)。系統(tǒng)供應(yīng)商一般是通過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)上的ESD額定值(或標(biāo)稱值)來(lái)比較ESD保護(hù)器件的好壞。事實(shí)上，從這些額定值根本看不出器件保護(hù)系統(tǒng)的能力有多強(qiáng)，關(guān)鍵取決于其它二極管參數(shù)。

除了保護(hù)器件的ESD標(biāo)稱值外，電壓值(箝位電壓)和ASIC端有多大電流(剩余電流)也是關(guān)鍵因素。ESD保護(hù)器件功能是通過(guò)將大部分電流短路到地并將ASIC端的電壓"箝位"到低于脈沖電壓的值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。確定箝位電壓和剩余電流不是一項(xiàng)很容易的任務(wù)。在大多數(shù)ESD保護(hù)數(shù)據(jù)手冊(cè)中引用的箝位電壓(如果手冊(cè)中包括這條信息)很容易讓人產(chǎn)生誤解。而數(shù)據(jù)手冊(cè)中從來(lái)沒(méi)有剩余電流這一項(xiàng)，因?yàn)樗c系統(tǒng)版圖有關(guān)，與器件本身無(wú)關(guān)。而作為替代參數(shù)的保護(hù)電路的動(dòng)態(tài)電阻(Rdyn)則有助于比較器件，因?yàn)榫哂休^低電阻的器件可以分流較大比例的電流。遺憾的是，這個(gè)動(dòng)態(tài)電阻值在保護(hù)器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)中通常也不見(jiàn)蹤影。

一、聚合體器件

雖然聚合體器件對(duì)高頻應(yīng)用來(lái)說(shuō)相當(dāng)有吸引力，因?yàn)樗鼈兊膩喥し娙葜抵挥?.05~1.0pF，但這么低的電容也會(huì)帶來(lái)一些略微的副作用。與二極管不同的是，聚合體器件要求端電壓達(dá)到觸發(fā)電壓時(shí)才擊穿，而這個(gè)觸發(fā)電壓要比箝位電壓高出許多。典型的聚合體ESD器件在500V之前是不會(huì)擊穿的。一旦擊穿后它就會(huì)迅速跳到最高達(dá)150V的箝位電壓，當(dāng)電荷釋放掉后，聚合體將返回高阻狀態(tài)。不過(guò)這一過(guò)程可能要花數(shù)小時(shí)甚至一天的時(shí)間，因此它們對(duì)消費(fèi)類應(yīng)用來(lái)說(shuō)沒(méi)有吸引力。這些器件在制造中很難精確表征，其數(shù)據(jù)手冊(cè)通常只包含典型參數(shù)值，而不提供最小和最大保證值。另外，由于它們?cè)谖锢砩鲜菍儆谌嵝云骷虼怂鼈兊男阅軙?huì)隨著遭受ESD脈沖數(shù)量的增加而下降。

二、壓敏電阻和抑制器

壓敏電阻和抑制器是非線性的可變電阻。雖然它們相對(duì)來(lái)說(shuō)不貴，但抑制器通常具有高觸發(fā)電壓、高箝位電壓和高阻抗特性，從而使得大多數(shù)能量會(huì)到達(dá)受保護(hù)的器件，而不是分流到地。典型的低電容抑制器的箝位電壓范圍在150~500V。低電容抑制器的典型動(dòng)態(tài)電阻是20~40Ω。由于其高阻抗特性，幾乎所有 ESD沖擊電流都會(huì)傳遞到"受保護(hù)"器件而不是分流到地。

三、半導(dǎo)體二極管

另外一種ESD保護(hù)方法是采用半導(dǎo)體二極管。ESD保護(hù)二極管被表征為低箝位電壓、低阻抗、快速導(dǎo)通時(shí)間和更好的可靠性。通常半導(dǎo)體二極管可以提供最好的ESD保護(hù)，而且現(xiàn)在的二極管已經(jīng)可以做到1pF的等效電容，因此已經(jīng)成為可靠的ESD保護(hù)和良好的信號(hào)完整性的最佳選擇。

四、ESD靜電保護(hù)元件分析

任何保護(hù)元件在正常工作期間必須作為高阻抗電路出現(xiàn)在受保護(hù)的輸入端。它所施加的電容負(fù)載必須盡可能的小，使得對(duì)正常的輸入信號(hào)幾乎沒(méi)有影響。然而, 在過(guò)壓的瞬間，同一器件必須成為能量的主要通路，把能量從被保護(hù)器件的輸入端轉(zhuǎn)移出去。此外，保護(hù)器件的安全(standing-off)電壓必須高于受保護(hù)端所允許的最大信號(hào)電壓。同樣，其箝位電壓必須低到足以防止所保護(hù)的器件遭受損壞，這是由于在瞬態(tài)發(fā)生期間，輸入端上的電壓將是保護(hù)器件的箝位電壓。

我們常常會(huì)看到介紹ESD靜電保護(hù)器、ESD靜電阻抗器、ESD靜電釋放器、貼片壓敏電阻等產(chǎn)品，但其實(shí)保護(hù)器件最關(guān)鍵的參考系數(shù)應(yīng)該是下面三項(xiàng)：

1. 快速響應(yīng)時(shí)間

2. 低箝位電壓

3. 高電流浪涌承受能力

無(wú)論產(chǎn)品被介紹得多么優(yōu)異，在選擇ESD靜電保護(hù)元件時(shí)，仍應(yīng)該細(xì)致地做好實(shí)際的對(duì)比，以及運(yùn)用IEC61000-4-2測(cè)試來(lái)做驗(yàn)證。符合測(cè)試要求的標(biāo)準(zhǔn)，不是越高越好，而是適合自已的產(chǎn)品，例如：空氣放電15KV 接觸 8KV。目前行業(yè)慣例是根據(jù)8us上升時(shí)間和20us持續(xù)時(shí)間的脈沖公布箝位電壓的，而真正的ESD脈沖應(yīng)該是1ns上升時(shí)間和60ns的持續(xù)時(shí)間。

審核編輯 黃昊宇