中心論題：

• 手機中的ESD保護部分
• ESD在設計中的選擇
• TVS二極管的優勢
• TVS工作原理和基本參數選擇
• TVS二極管在超高速數據線路保護中的應用
• PCB設計時的考慮

解決方案：

• 信號的數據傳輸速率越高，ESD保護二極管的電容負載效應就要求越低
• TVS布局前的導線長度應該減到最小

靜電放電(ESD)是(shi)指(zhi)兩(liang)個(ge)具(ju)有(you)不(bu)同(tong)靜(jing)電(dian)電(dian)位(wei)的(de)物(wu)體(ti)，由(you)於(yu)直(zhi)接(jie)接(jie)觸(chu)或(huo)靜(jing)電(dian)感(gan)應(ying)而(er)引(yin)起(qi)的(de)兩(liang)物(wu)體(ti)間(jian)靜(jing)電(dian)電(dian)荷(he)的(de)轉(zhuan)移(yi)。當(dang)靜(jing)電(dian)能(neng)量(liang)達(da)到(dao)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)後(hou)

，擊(ji)穿(chuan)其(qi)間(jian)介(jie)質(zhi)而(er)進(jin)行(xing)放(fang)電(dian)的(de)現(xian)象(xiang)。因(yin)此(ci)
，ESD保護無處不在，而ESD過壓保護則成為各種電子設備設計的基本要求。

最新的無線手持產品大多數都配備了高速數據接口、高分辨率LCD屏ping幕mu和he相xiang機ji模mo塊kuai，甚shen至zhi有you些xie手shou機ji還hai具ju備bei接jie收shou電dian視shi節jie目mu的de功gong能neng。雖sui然ran增zeng加jia了le很hen多duo新xin的de功gong能neng，但dan手shou機ji尺chi寸cun仍reng在zai持chi續xu變bian薄bo變bian小xiao。眾zhong多duo功gong能neng彙hui聚ju在zai一yi個ge狹xia小xiao空kong間jian內nei，同tong時shi主zhu要yao集ji成cheng電dian路lu很hen多duo采cai用yong較jiao先xian進jin工gong藝yi製zhi造zao
，導dao致zhi手shou機ji設she計ji中zhong的deESD問題變得更加嚴重。它可能會造成手機工作異常
、死機，甚至會損傷手機。而這些問題必須在手機設計的最初階段解決。

手機中的ESD保護部分
這裏以手機為例。手機中需要進行ESD防護的部位有：SIM卡接口電路；鍵盤電路

；耳機和話筒電路；數據及USB端口；電源口
；彩色LCD驅動端口及LCD背光電路。

ESD在設計中的選擇
ESD保護在設計中應該兼顧性能和成本。要注意以下幾個原則：

a.保護電路響應速度要快—IEC61000-4-2波形的上升沿隻有1ns。

b.能應付大的瞬態電流。

c.考慮瞬態電壓在正負極性兩個方向發生。

d.對信號增加的電容負載效應和電阻損耗效應控製在允許範圍內。

e.考慮體積因素以適應輕巧的便攜式設備。

f.產品成本因素。

ESD保護在實現上基本有兩種方式：IC內部的保護和IC外部的保護。前者雖然可以增加靠性，而且因不需要外部的保護而比較簡單；但同樣
，也會增大矽片麵積
，同時，因為矽片中寄生電容和寄生電阻的存在，會引起信號之間的相互串擾。所以
，現在外部的ESD保護方案應用得越來越廣泛。外部ESD保護電路包括壓敏電阻、聚合物電阻、TVS雪崩二極管

、肖特基二極管
、磁珠/LC濾波器等。

其中TVS雪崩管以其卓越的鉗位功能、jididejichuandianya，jixiaodefengzhuang
，dianqitexingzaishengmingzhouqineibijiaowendingerdedaoyuelaiyueguangfandeyingyong。tazuixianzhudetedianyishifanyingxunsu，shishunshimaichongzaimeiyouduixianluhuoqijianzaochengsunshangzhiqianjiubeiyouxiaodiezhi，ershijiezhidianyabijiaodi，gengshiyongyudianchigongdiandedidianyahuiluhuanjing。lingwaiduiTVS二極管設計的改進使其具有更低的漏電流和結電容，因而在處理高速率傳導回路的靜電衝擊時有更理想的性能表現。

當一個浪湧電流的衝擊時
，具有良好鉗位功能的TVS管在1ns時間內就可以將瞬態電壓抑製到10.9V以下，從而使芯片的I/O口免受衝擊而損傷。而且它的電特性在ESD/浪湧衝擊之後沒有變化
，所以壽命會比較長。

TVS二極管的優勢
TVS與齊納二極管：與傳統的齊納二極管相比
，TVS二極管P/N結麵積更大，這一結構上的改進使TVS具有更強的高壓承受能力，同時也降低了電壓截止率
，因而對於保護手持設備低工作電壓回路的安全具有更好效果。

TVS與陶瓷電容：很多設計人員願意采用表麵貼裝的陶瓷電容作ESD保護，不但便宜而且設計簡便，但這類器件對高壓的承受力卻比較弱。5kV的衝擊會造成約10%陶瓷電容失效，到10kV時，損壞率達到60%，而TVS可以承受15kV電壓。在手持設備的使用過程中
，由於與人體頻繁接觸，各個端口必須至少能夠承受8kV接觸衝擊(IEC61000-4-2標準)，可見使用TVS可以有效保證最終產品的合格率。

TVS與MLV：多層金屬氧化物結構器件(MLV)也可以進行有效的瞬時高壓衝擊抑製，此類器件具有非線性電壓-電流(阻抗表現)關係，截止電壓可達最初中止電壓的2～3倍，這種特性適合用於對電壓不太敏感的線路和器件的保護
，如電源回路。而TVS二er極ji管guan具ju有you更geng好hao的de電dian壓ya截jie止zhi因yin子zi，同tong時shi還hai具ju有you較jiao低di的de電dian容rong，這zhe一yi點dian對dui於yu手shou持chi設she備bei的de高gao頻pin端duan口kou非fei常chang重zhong要yao，因yin為wei過guo高gao的de電dian容rong會hui影ying響xiang數shu據ju傳chuan輸shu，造zao成cheng失shi真zhen或huo是shi降jiang級ji。TVS二極管的各種表麵封裝均適合流水線裝配的要求
，而且芯片結構便於集成其它的功能

，如EMI和RFI過濾保護等，可有效降低器件成本，優化整體設計。

另一個不能忽略的特點是二極管可以很方便地與其它器件集成在一個芯片上，現有很多將EMI過濾和RFI防護等功能與TVS集成在一起的器件，不但減少設計所采用的器件數目降低成本，而且也避免PCB板上布線時易誘發的伴生自感。

TVS工作原理
處理瞬時脈衝對器件損害的最好辦法是將瞬時電流從敏感器件引開。TVS二極管在線路板上與被保護線路並聯，當瞬時電壓超過電路正常工作電壓後，TVS二(er)極(ji)管(guan)便(bian)發(fa)生(sheng)雪(xue)崩(beng)，提(ti)供(gong)給(gei)瞬(shun)時(shi)電(dian)流(liu)一(yi)個(ge)超(chao)低(di)電(dian)阻(zu)通(tong)路(lu)，其(qi)結(jie)果(guo)是(shi)瞬(shun)時(shi)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)二(er)極(ji)管(guan)被(bei)引(yin)開(kai)，避(bi)開(kai)被(bei)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)，並(bing)且(qie)在(zai)電(dian)壓(ya)恢(hui)複(fu)正(zheng)常(chang)值(zhi)之(zhi)前(qian)使(shi)被(bei)保(bao)護(hu)回(hui)路(lu)一(yi)直(zhi)保(bao)持(chi)截(jie)止(zhi)電(dian)壓(ya)。當(dang)瞬(shun)時(shi)脈(mai)衝(chong)結(jie)束(shu)以(yi)後(hou)
，TVS二極管自動回複高阻狀態，整個回路進入正常電壓。

TVS基本參數選擇
在進行TVS二極管選擇時，最基本的應該使它的工作電壓VRWN?最大的總線電壓；鉗位電壓Vc?最大的IC工作電壓。單路封裝的TVS二極管使用簡單靈活，PCB焊盤尺寸與0402
、0603的分立器件兼容而受到廣泛應用，缺點是封裝成本比較高。多路封裝的ESD陣列節省PCB麵積，它的最大優點就是：在外部尺寸極小的封裝內提供兩個
、四個
、五個或六個TVS二極管。因此，比較適合在緊湊型手機上應用。

英聯電子科技有限公司提供的四路TVS二極管UESD54B(SC-88A/SC-70封裝)和UESD55B(SC-89 封裝)、五路的UESD56B(SC-89封裝)以及六路的UESD57B(FBP1616P6 6L封裝)都非常適合此類應用。

同時
，ESD保護二極管被焊接在I/O連接器附近，用於防止61000-4-2標準規定的8KV接觸放電和15KV空氣放電時產生的任何損壞。這意味著當通過一個330Ω電阻給一個150pF電容放電時，ESD保護二極管能夠抵抗15kV的電壓衝擊。

TVS二極管在超高速數據線路保護中的應用
按照目標應用的信號傳輸速度選擇TVS二極管是設計高效ESD保護功能的關鍵之一。基本上，信號的數據傳輸速率越高，ESD保護二極管的電容負載效應就要求越低，隻有這樣能才能使保護組件在電流信號上產生的損耗降至最低。

實驗室的測量結果顯示，寄生結電容高於3.5pF的ESD保護二極管可能會在高速數據傳輸時產生很大的信號衰減。結果可能導致USB2.0收發器無法正常讀取數據。而對於USB1.1接口，寄生電容大約50pF的二極管並不會構成任何數據完整性問題。這就是USB2.0的ESD保護組件的額定寄生電容在0V時通常要求低於3pF的主要原因。 例如，在USB2.0的情況中，因為數據傳輸速率達到480Mbps，所以需要ESD保護組件的電容極低

英聯電子科技有限公司新推出的UM5024，它的極間電容很小(Cj=0.9PF)

，非常適合USB等高速信號線的應用。

PCB設計時的考慮
不管選擇怎樣的TVS器件，它們在電路板上的布局非常重要。TVS布局前的導線長度應該減到最小，因為快速(0.7ns)ESD放電電流在電感性布線上感應出很高的電壓尖峰，影響ESD保護的性能。 

另外

，快速ESD脈衝可能在電路板上相鄰(平行)導線間產生感應電壓。如果上述情況發生，由於將不會得到保護
，因為感應電壓路徑將成為另一條讓浪湧到達IC的路徑。因此
，被保護的輸入線不應該被放置在其它單獨
、未受保護的走線旁邊。推薦的ESD抑製器件PCB布局方案應該是：應盡可能的濾除所有的I/O口的幹擾信號
，靠近連接器/觸點PCB側。圖五是PCB布局的建議.

走線時，盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分布參數和相互間的電磁幹擾
；輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。最好加線間地線
，以免發生反饋藕合。圖六是布線時的優化建議。