中心論題：

• ESD抑製器件不僅要保護數據傳輸線路還要保持信號完整性
• 優化ESD保護

解決方案：

• 極低電容值的ESD抑製元件可提供ESD保護功能又能保持高速數據信號的數據完整性
• 在實際可行的情況下，任何需要保護的芯片均應盡可能地遠離ESD抑製器
• 從PESD到被保護IC的距離盡可能降至最小

在高速數據率下
，低電容ESD保護對於保持USB2.0，IEEE1394以及ITV操作中使用的DVI和HDMI協議的數據完整性是很關鍵的。

全世界有數百萬的家庭都已經在通過衛星電視
、有線電視以及陸地廣播享用互動式電視(ITV)服務。借助於計算機技術，ATSC ACAP協議正在通過數據廣播(PC下載)以及實時互動應用服務成為富有生命力的廣播服務。通過將計算機裝入電視機並為數字式機頂盒增加遊戲

、運動
、互動廣告、電子信箱和因特網接入功能，ITV正在成為電視和家庭娛樂的一道風景線。

ESD抑製器件保護數據傳輸線路保持信號完整性
隨sui著zhe這zhe些xie行xing業ye的de彙hui聚ju聯lian合he，製zhi造zao商shang必bi須xu對dui設she備bei需xu求qiu做zuo出chu響xiang應ying，以yi便bian容rong納na更geng高gao的de數shu據ju率lv以yi及ji符fu合he當dang前qian和he擬ni議yi中zhong的de通tong信xin需xu求qiu。另ling外wai，保bao護hu昂ang貴gui的de設she備bei不bu會hui受shou到dao因yin用yong戶hu錯cuo誤wu操cao作zuo、環境危害或電源變化所引起的致命的損壞也是一項關鍵的設計課題。 USB 2.0、IEEE1394、ITV應用和操作中使用的數字式可視接口(DVI)和高清晰度多媒體接口(HDMI)協議允許高速數據傳輸率，並可以支持即插即用熱插拔安裝和操作。但這些外部端口很容易受到來自工作環境和周邊設備的破壞性的ESD脈衝的傷害。ESD抑製器件除了保護數據傳輸線路之外


，必須保持其信號的完整性。

通常，USB 2.0支持480Mbps(bits per second)的數據傳輸;DVI和HDMI協議更是分別支持高達8Gbps和5Gbps的數據傳輸帶寬。在USB2.0
、DVI和HDMI的高速數據率下，傳統保護裝置的寄生電容可能破壞信號的完整性或令其失真。失真表現為由較慢的上升和下降時間所致的高態/低態瞬變的前沿和後沿被修圓。上升和下降時間較慢會給係統帶來一些問題，其中最重要的是時序問題。電路在特定的時間需要穩定的"高"態和"低"態。隨著各狀態之間過渡時間的增加，電路有可能檢測到不完整的過渡期，從而將數據誤差引入係統。附表1是不同寄生電容ESD抑製器件對數據上升沿時間(10%至90%高電平)所造成的影響比較。

 
傳輸速率為12Mbps時
，其保持電平的時間要長得多(80ns)。在此數據傳輸率條件下，10pF或更小的電容值將使得數據通過時的失真最小。當傳輸速率提高到480Mbps時，信號具有短得多的電平保持時間(2.0ns)。此時10pF電容的ESD抑製器件已經引起波形失真：它減少了電平保持時間並使前沿和後沿的形狀大為改變。而660 pF電容的ESD抑製器件則造成了相當大的失真，以致於波形甚至無法達到信號工作電壓。圖1顯示了不同ESD抑製器件對480Mbps數據波形的影響。

 
這些數據揭示了在進行超高速係統的數據傳輸線路保護時ESD抑製器的電容特性的重要性。盡管現有的各種抑製器均能夠提供有效的ESD保護功能，但不能以犧牲係統的信號完整性為代價。因此，在把ESD抑製器引入電路設計之前，必須對其電容有所考慮。具有極低電容值的ESD抑製元件(如PESD器件)能夠在提供ESD保護功能的同時保持高速數據信號的數據完整性。由於傳輸最高速率的不同，不同的數據接口所能接受的最高電容是不一樣的。譬如，USB2.0數據線上的寄生電容一般控製在10pF以內
，而DVI或HDMI數據接口要求則更低，通常低於1pF(圖2)。

高速信號和瞬變(如ESD)還帶來了另一個寄生特性--電感。尤其值得關注的是用來實現連接器
、芯xin片pian及ji其qi他ta任ren何he配pei套tao元yuan件jian之zhi間jian互hu連lian的de電dian路lu板ban上shang跡ji線xian的de寄ji生sheng電dian感gan。與yu電dian容rong效xiao應ying相xiang似si
，由you電dian路lu板ban跡ji線xian所suo產chan生sheng的de電dian感gan將jiang不bu會hui影ying響xiang低di頻pin信xin號hao。但dan是shi
，任ren高gao速su條tiao件jian下xia，這zhe種zhong電dian感gan將jiang產chan生sheng有you可ke能neng影ying響xiang信xin號hao完wan整zheng性xing的de阻zu抗kang分fen量liang。當dang高gao頻pin信xin號hao(如ESD)通過時，少量的跡線電感可能轉換成巨大的阻抗。設計師可通過在ESD抑製器和受保護芯片之間設置盡可能大的距離的方法來利用上述特性來完善ESD器件和IC本身間的協同、偶合。

低電容ESD保護對於高速條件下保持數據的完整性是非常關鍵的。在常見的瞬間過電壓抑製器件中，金屬氧化物壓敏電阻(MOV)和多層壓敏電阻(MLV)因價廉物美而應用廣泛。但其固有的高電容決定了其應用範圍隻能局限於低頻領域和電源的瞬間電壓抑製上。而矽類ESD防護器件，包括齊納二極管、TVS二極管/陣列等
，雖然具有保護電壓低而準確的優點，其寄生電容依舊不可忽視，通常難以適用於高速數據通訊接口，如HDMI、IEEE1394等。

ESD防護的應用
為滿足高速數據通訊接口既ESD保護有效、又不影響高速信號傳輸的要求。近年來，市場上推出了多種專門適用於此類保護要求的器件。其中以瑞侃電路保護部門(RCP：RaychemCircuit Protection)推出的PESD器件為代表。該器件的電容極低(通常0.25pF)，漏電流極小(<0.001 A);ESD防護快速有效(響應曲線如圖3所示
，觸發電壓典型值為150～250V;響應時間少於1 ns);價格低於低電容矽器件。因此

，在高速數據傳輸條件下
，PESD器件擁有更佳的保護應用特性。該器件已成功應用於HDMI1.3和USB2.0等多種高速接口電路。

 
圖4、圖5和圖6展示了利用瑞侃電路保護部門PESD器件對HDMI1.3
、USB2.0和IEEE1394接口電路進行保護的典型應用。這些保護將ESD與敏感電路隔離。在傳輸線路脈衝(TLP) 測試和IEC61000-4-2測試中
，尤其是經過多次采樣(1000次TLP測試)後
，其性能要比其他可比較的元件好。相對於其他典型的聚合物ESD防護器件
，這類PESD器件的較低觸發電壓(通常150V)和低箝位電壓(通常25V)能更好的幫助保護敏感電子元件。該器件采用電子工業中最流行的0603和0402貼裝形式，符合RoHS的嚴格要求;幫助機頂盒敏感電路、手提電腦、手機和其它便攜式設備免ESD侵害。

優化ESD保護
當選擇了一個抑製和電特性(漏電流、電容)與電路參數相吻合的ESD抑製器之後(如PESD)，還需要作出另一項選擇：抑製器應安裝在電路板的什麼位置上才能優化電路的ESD保護?"優化"ESD保護指的是使受保護芯片上的ESD瞬變盡可能少。簡單地講
，應把ESD抑製器直接放置在連接器的後麵。它應該是第一個遭遇ESD瞬變的板級元件。然後
，在實際可行的情況下
，任何需要保護的芯片均應盡可能地遠離ESD抑製器。采取這一方法將極大地減輕集成電路所承受的應力。下麵列出的是PESD器件安裝位置的相對優先級，按從高到低的順序排列如下：

* 設置於作為係統屏蔽(機殼)中的入口的連接器的內部

* 安放於電路板跡線與連接器插腳相互作用的位置

* 放置於電路板上緊挨在連接器後麵的位置

* 位於可以高效耦合至I/O線路的性能穩定且未受保護的傳輸線路

* 設置於數據傳輸線路上的一個串聯阻性元件之前

* 位於數據傳輸線路上的一個分支點之前

* 靠近IC和/或ASI

另一個需要考慮的布局問題是從PESD到被保護IC的距離和偶合電阻的選擇。目標是將該距離降至最小。需要保護的IC通常自身帶有ESD保護。但這隻屬於器件級的防護
，且致性較差，需要PESD器件協助/偶合達到設備/係統級的ESD防護。隨著與傳輸線路之間距離的增加，ESD抑製器變得越發與受其保護的信號線"隔離"開來。與電路板走線相關聯的電感以及任何的封裝寄生電感都將在保護電路中加入阻抗，成為PESD電壓抑製器和IC間的偶合阻抗。因為IC芯片將要承受抑製器兩端和偶合阻抗兩端的電壓之和
，理想的設計應使PESD盡可能多承受應力，同時保證兩級防護間沒有遺漏的"死角"。

最後，機殼(框架)的地應是ESD基準
，而不是信號(數字)地。目的是把ESD從信號環境中屏蔽出去。使ESD TVS保護器件以機殼的地為基準
，則可免受那些不希望的噪聲效應(如接地反跳)的影響。目標是盡量保持"幹淨"的信號(數據)環境。