靜電放電(esd)是指兩個具有不同靜電電位的物體，由於直接接觸或靜電感應而引起的兩物體間靜電電荷的轉移。當靜電能量達到一定程度後，擊穿其間介質而進行放電的現象。因此，esd保護無處不在，而esd過壓保護則成為各種電子裝置設計的基本要求。
最新的無線手持產品大多數都配備了高速資料介面、高解析度lcd螢幕和相機模組，甚至有些手機還具備接收電視節目的功能。雖然增加了很多新的功能，但手機尺寸仍在持續變薄變小。眾多功能匯聚在乙個狹小空間內，同時主要積體電路很多採用較先進工藝製造，導致手機設計中的esd問題變得更加嚴重。它可能會造成手機工作異常、宕機，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
這裡以手機為例。手機中需要進行esd防護的部位有：1)sim卡介面電路；2)鍵盤電路；3)耳機和話筒電路；4)資料及usb埠；5)電源口；6)彩色lcd驅動埠及lcd背光電路。
esd在設計中的選擇
esd保護在設計中應該兼顧效能和成本。要注意以下幾個原則：
1) 保護電路響應速度要快—iec61000-4-2波形的上公升沿只有1ns。
2) 能應付大的瞬態電流。
3) 考慮瞬態電壓在正負極性兩個方向發生。
4) 對訊號增加的電容負載效應和電阻損耗效應控制在允許範圍內。
5) 考慮體積因素以適應輕巧的可攜式裝置。
6) 產品成本因素。
圖1：手機中需要進行esd防護的部位
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，也會增大矽片面積，同時，因為矽片中寄生電容和寄生電阻的存在，會引起訊號之間的相互串擾。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雪崩二極體、肖特基二極體、磁珠/lc濾波器等。
其中tvs雪崩管以其卓越的鉗位功能、極低的擊穿電壓，極小的封裝，電氣特性在生命週期內比較穩定而得到越來越廣泛的應用。它最顯著的特點一是反應迅速，使瞬時脈衝在沒有對線路或器件造成損傷之前就被有效地遏制，二是截止電壓比較低，更適用於電池供電的低電壓迴路環境。另外對tvs二極體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迴路的靜電衝擊時有更理想的效能表現。
圖二是英聯電子科技****的uesd54b對iec614000-4-2esd波形的抑制特性。
從圖2中可以看出，當乙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制到10.9v以下，從而使晶元的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。
圖2：英聯電子的uesd54b對iec614000-4-2esd波形的抑制特性
tvs二極體的優勢
tvs與齊納二極體：與傳統的齊納二極體相比，tvs二極體p/n結面積更大，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，因而對於保護手持裝置低工作電壓迴路的安全具有更好效果。
圖3：tvs二極體具有更好的電壓截止因子
tvs與陶瓷電容：很多設計人員願意採用表面貼裝的陶瓷電容作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。在手持裝置的使用過程中，由於與人體頻繁接觸，各個埠必須至少能夠承受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。
圖4：um5024 tvs二極體非常適合usb等高速訊號應用
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制，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，如電源迴路。而tvs二極體具有更好的電壓截止因子(圖三)，同時還具有較低的電容，這一點對於手持裝置的高頻埠非常重要，因為過高的電容會影響資料傳輸，造成失真或是降級。tvs二極體的各種表面封裝均適合流水線裝配的要求，而且晶元結構便於整合其它的功能，如emi和rfi過濾保護等，可有效降低器件成本，優化整體設計。
另乙個不能忽略的特點是二極體可以很方便地與其它器件整合在乙個晶元上，現有很多將emi過濾和rfi防護等功能與tvs整合在一起的器件，不但減少設計所採用的器件數目降低成本，而且也避免pcb板上佈線時易誘發的伴生自感。
tvs工作原理
在進行tvs二極體選擇時，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二極體使用簡單靈活，pcb焊盤尺寸與0402、0603的分立器件相容而受到廣泛應用，缺點是封裝成本比較高。多路封裝的esd陣列節省pcb面積，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二極體。因此，比較適合在緊湊型手機上應用。
圖5：好的pcb布局與不好的pcb布局
英聯電子科技****提供的四路tvs二極體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保護二極體被焊接在i/o聯結器附近，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。這意味著當通過乙個330ω電阻給乙個150pf電容放電時，esd保護二極體能夠抵抗15kv的電壓衝擊。
tvs二極體在超高速資料線路保護中的應用
按照目標應用的訊號傳輸速度選擇tvs二極體是設計高效esd保護功能的關鍵之一。基本上，訊號的資料傳輸速率越高，esd保護二極體的電容負載效應就要求越低，只有這樣能才能使保護元件在電流訊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保護二極體可能會在高速資料傳輸時產生很大的訊號衰減。結果可能導致usb2.0收發器無法正常讀取資料。而對於usb1.1介面，寄生電容大約50pf的二極體並不會構成任何資料完整性問題。這就是usb2.0的esd保護元件的額定寄生電容在0v時通常要求低於**f的主要原因。 例如，在usb2.0的情況中，因為資料傳輸速率達到480mbps，所以需要esd保護元件的電容極低
英聯電子科技****新推出的um5024，它的極間電容很小(cj=0.9pf)，非常適合usb等高速訊號線的應用。um5204的功能框圖如圖四所示。
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保護的效能。
圖6：pcb佈線時的優化建議
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抑制器件pcb布局方案應該是：應盡可能的濾除所有的i/o口的干擾訊號，靠近聯結器/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引數和相互間的電磁干擾；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。圖六是佈線時的優化建議。
TVS二極體應用
一 用途及應用 瞬態二極體 transient voltage suppressor 簡稱tvs，是一種二極體形式的高效能保護器件。當tvs 二極體的兩極受到反向瞬態高能量衝擊時，它能以10的負12次方秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數千瓦的浪湧功率，使兩極間的電壓箝位於乙個預定...
詳解tvs二極體
提及電路保護元器件，對於行業人而言，能夠夸夸其談，三天三夜都說不完 而對於行外人或者剛入門的人而言，猶如看天書，稍不慎，很容易掉進盲區。不可否認，在這個網路資訊科技發達的時代，關於tvs管各種各類的資訊隨處可見，但，其真正有多少是專業 科學的，都有待考究和甄別。為此，特意為大家科普下關於瞬態電壓抑制...
瞬態抑制二極體（TVS管）
常見的tvs管 瞬態抑制二極體簡稱tvs transient voltage suppressor 又叫鉗位二極體，由p n結面積組成，可分為單向tvs管和雙向tvs管,單向的有正負極，雙向的沒有正負極。tvs廣泛應用於半導體及敏感器件的保護，通常用於二級電源和訊號電路的保護，以及防靜電等。其特點為...