ESD@TVS选型

一、工作原理

ESD

ESD静电保护元件，又称静电抑制二极管。ESD是多个TVS晶粒或二极管采用不同的布局做成具有特定功能的多路或单路ESD保护器件，主要应用于各类通信接口静电保护，如USB、HDMI、RS485、RS232、VGA、RJ11、RJ45、BNC、SIM、SD等。

TVS

 二、特点

ESD

1. ESD是一种钳位型过压保护器件，用于静电防护及一些较低浪涌的防护；

2. ESD电压根据被保护IC 的工作电压设计，如2.5V、2.8V、3.3V、5V、8V、12V、15V、24V、36V等；

3. 电容低，目前最小可做到0.17pF，满足10GMbps高速应用，不影响数据通信质量；

4. 封装小型化，封装形式多样化。

TVS

三、ESD参数说明

ESD产品的伏安特性曲线与TVS类似，与TVS不同的是，ESD产品功率较小，工作电压也较低，ESD的工作电压根据被保护芯片的工作电压来设计。

V_RWM：反向截止电压，即ESD允许施加的最大工作电压，在该电压下ESD处于截止状态，ESD的漏电流很小，可以达到10纳安左右。

V_BR：击穿电压，击穿电压是ESD要开始动作（雪崩击穿）的电压，一般在规定的电流下测量，通常在大小为1mA的电流下测量。

I_R：反向漏电流，即在ESD器件两端施加V_RWM电压下测得ESD的漏电流。

I_PP：峰值脉冲电流，ESD产品一般采用8/20μs的波形测量。

V_C：钳位电压，在给定大小的I_PP下测得ESD两端的电压。

C_j：PN结的结电容，会影响数据传输，高频信号选取ESD时，一定要考虑C_j对信号的影响。

四、ESD选型注意事项

1. ESD器件的截止电压应大于被保护IC的最大工作电压，否则会影响被保护电路的正常工作。如工作电压为5V的线路，应选择截止电压等于或者大于5V的ESD器件进行保护。

2. ESD一般用于各类通信端口静电防护，在一些高速数据线路，如USB3.0、USB3.1、HDMI、IEEE1394等接口，ESD保护器件的结电容应选择尽量的小，以避免影响通信质量。

3. 根据电路设计布局及被保护线路数选择合适的封装形式。ESD器件封装的大小从一定程度上可以反应器件的防护等级大小，一般封装越大的器件可容纳的ESD芯片面积也越大，防护等级也越高，反之亦然

通常情况ESD保护电路如下

系统没有干扰，正常工作时，ESD器件可以忽略，几乎不起作用

当外部接口电压超过ESD器件的击穿电压（VBR）,ESD器件开始起作用，并将电流分流到地。

实际ESD器件的工作电压（VRWM）与击穿电压（VBR）的区别，选择ESD器件应该选择系统工作电压小于ESD器件的工作电压（VRWM），

例如系统是0~5V，那么我们应该选择工作电压（VRWM）大于5V的TVS。

单向ESD器件和双向ESD器件，双向ESD器件可以通过正负击穿电压（VBR）的信号，而单向ESD器件只可以通过正击穿电压（VBR）的信号，如果通过负的就会造成ESD器件击穿。

双向ESD器件和单向ESD器件的特点，单向ESD器件对于负压的保护更好。

几种ESD模型及其放电曲线。

IEC 61000-4-2等级为日常接触等级，正常分为四级

但是ESD器件符合IEC 61000-4-2时，只代表ESD器件本身的防护，不代表后级电路能承受相应的冲击。钳位电压是衡量ESD器件保护电路系统的能力。钳位电压即当外部受到冲击，后级电路通过ESD器件后受到的冲击。如图红色为冲击，蓝色为冲击过ESD器件后的钳位电压。我们可以根据自己系统需求选择钳位电压。

实际应用中，ESD器件是有寄生电容的，如图是寄生电容对高速电路接口的影响，寄生电容会影响电平的上升和下降速度，例如USB3.0、HDMI等等。

在ESD器件选型时寄生电容可以根据应用接口选择，如下图

ESD器件选型步骤

1.计算接口信号幅值的范围来确定ESD器件的工作电压；

2.根据信号类型决定使用单向或者双向ESD器件;

3.根据信号速率决定该接口能承受的最大寄生电容；

4.根据电路系统的最大承受电压冲击，选择适合的钳位电压；

5.确保ESD器件可达到或超过IEC 61000-4-2 level4。

例如USB2.0接口保护电路：

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