ESD保護對高密度、小型化和具有復雜功能的電子設備而言具有重要意義。本文探討了采用TVS二極管防止ESD時(shí)，*小擊穿電壓和擊穿電流、*大反向漏電流和額定反向關(guān)斷電壓等參數對電路的影響及選擇準則，并針對便攜消費電子設備、機頂盒、以及個(gè)人電腦中的視頻線(xiàn)路保護、USB保護和RJ-45接口等介紹了一些典型應用。 

隨著(zhù)移動(dòng)產(chǎn)品、打印機、PC，DVD、機頂盒(STB)等產(chǎn)品的迅速發(fā)展，消費者正要求越來(lái)越先進(jìn)的性能。半導體組件日益趨向小型化、高密度和功能復雜化，特別是像時(shí)尚消費電子和便攜式產(chǎn)品等對主板面積要求嚴格的應用很容易受到靜電放電的影響。一些采用了深亞微米工藝和甚精細線(xiàn)寬布線(xiàn)的復雜半導體功能電路，對電路瞬變過(guò)程的影響更加敏感，將導致上述的問(wèn)題更加激化。 

ESD保護原理 

    電路保護元件存在幾種技術(shù)，當選擇電路保護元件時(shí)，若設計師選擇不當的保護器件將只能提供錯誤的**概念。電路保護元件的選擇應根據所要保護的布線(xiàn)情況、可用的電路板空間以及被保護電路的電特性來(lái)決定。此外，了解保護元件的特性知識也非常必要，需要考慮的重要因素之一是器件的箝位電壓。    所謂箝位電壓是在ESD器件里跨在瞬變電壓消除器(TVS)上的電壓，它是被保護IC的應變電壓。 因為利用先進(jìn)工藝技術(shù)制造的IC電路里氧化層比較薄，柵極氧化層更易受到損害。這意味著(zhù)較高的箝位電壓將在被保護IC器件上產(chǎn)生較高的應變電壓，并且增加了失效的概率。 

很多保護元件都被設計成可吸收大量的能量，由于元件結構或設計上的原因也導致其具有很高的箝位電壓。由于變阻器的箝位電壓太高，他們不能夠提供有效的ESD保護。此外，由于變阻器的高電容他們也不能給高速數據線(xiàn)路提供保護。TVS二極管正是為解決此問(wèn)題而產(chǎn)生的，它已成為保護便攜電子設備的關(guān)鍵性技術(shù)。 

VS二極管是專(zhuān)門(mén)設計用于吸收ESD能量并且保護系統免遭ESD損害的固態(tài)元件。如果應用得當，TVS二極管將限制跨在被保護器件上的電壓剛好高過(guò)額定工作電壓，但是卻遠低于破壞閾值電壓。 

TVS相關(guān)參數 

    處理瞬時(shí)脈沖對器件損害的*好辦法是將瞬時(shí)電流從敏感器件引開(kāi)。TVS二極管在線(xiàn)路板上與被保護線(xiàn)路并聯(lián)，當瞬時(shí)電壓超過(guò)電路正常工作電壓后，TVS二極管便發(fā)生雪崩，提供給瞬時(shí)電流一個(gè)超低電阻通路，其結果是瞬時(shí)電流通過(guò)二極管被引開(kāi)，避開(kāi)被保護器件，并且在電壓恢復正常值之前使被保護回路一直保持截止電壓。當瞬時(shí)脈沖結束以后，TVS二極管自動(dòng)回復高阻狀態(tài)，整個(gè)回路進(jìn)入正常電壓。許多器件在承受多次沖擊后，其參數及性能會(huì )發(fā)生退化，而只要工作在限定范圍內，二極管將不會(huì )發(fā)生損壞或退化。 

從以上過(guò)程可以看出，在選擇TVS二極管時(shí)，必須注意以下幾個(gè)參數的選擇： 

1. *小擊穿電壓VBR和擊穿電流IR。VBR是TVS*小的擊穿電壓，在25℃時(shí)，低于這個(gè)電壓TVS是不會(huì )發(fā)生雪崩的。當TVS流過(guò)規定的1mA電流(IR)時(shí)，加于TVS兩極的電壓為其*小擊穿電壓VBR。按TVS的VBR與標準值的離散程度，可把VBR分為5%和10%兩種。對于5%的VBR來(lái)說(shuō)，VWM=0.85VBR；對于10%的VBR來(lái)說(shuō)，VWM=0.81VBR。為了滿(mǎn)足IEC61000-4-2國際標準，TVS二極管必須達到可以處理*小8kV(接觸)和15kV(空氣)的ESD沖擊，有的半導體生產(chǎn)廠(chǎng)商在自己的產(chǎn)品上使用了更高的抗沖擊標準。對于某些有特殊要求的便攜設備應用，設計者可以按需要挑選器件。 

2. *大反向漏電流ID和額定反向關(guān)斷電壓VWM。VWM這是二極管在正常狀態(tài)時(shí)可承受的電壓，此電壓應大于或等于被保護電路的正常工作電壓，否則二極管會(huì )不斷截止回路電壓；但它又需要盡量與被保護回路的正常工作電壓接近，這樣才不會(huì )在TVS工作以前使整個(gè)回路面對過(guò)壓威脅。當這個(gè)額定反向關(guān)斷電壓VWM加于TVS的兩極間時(shí)它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過(guò)它的電流應小于或等于其*大反向漏電流ID。 

3. *大箝位電壓VC和*大峰值脈沖電流IPP。當持續時(shí)間為20mS的脈沖峰值電流IPP流過(guò)TVS時(shí)，在其兩端出現的*大峰值電壓為VC。VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力。VC與VBR之比稱(chēng)為箝位因子，一般在1.2~1.4之間。VC是二極管在截止狀態(tài)提供的電壓，也就是在ESD沖擊狀態(tài)時(shí)通過(guò)TVS的電壓，它不能大于被保護回路的可承受極限電壓，否則器件面臨被損傷的危險。

4. Pppm額定脈沖功率，這是基于*大截止電壓和此時(shí)的峰值脈沖電流。對于手持設備，一般來(lái)說(shuō)500W的TVS就足夠了。*大峰值脈沖功耗PM是TVS能承受的*大峰值脈沖功耗值。在給定的*大箝位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大。在給定的功耗PM下，箝位電壓VC越低，其浪涌電流的承受能力越大。另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。而且，TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復的，器件規定的脈沖重復頻率(持續時(shí)間與間歇時(shí)間之比)為0.01%。如果電路內出現重復性脈沖，應考慮脈沖功率的累積，有可能損壞TVS。

5.  電容量C。電容量C是由TVS雪崩結截面決定的，是在特定的1MHz頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比，C太大將使信號衰減。因此，C是數據接口電路選用TVS的重要參數。電容對于數據/信號頻率越高的回路，二極管的電容對電路的干擾越大，形成噪聲或衰減信號強度，因此需要根據回路的特性來(lái)決定所選器件的電容范圍。高頻回路一般選擇電容應盡量小(如LCTVS、低電容TVS，電容不大于3pF)，而對電容要求不高的回路電容選擇可高于40pF。