vs二极体在可携式设备esd保护中的应用

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1、可攜式設備的ESD保護十分重要，而TVS二極體是一種十分有效的保護元件，與其它元件相較有其獨特的優勢，但在應用時應當針對不同的保護對象來選用元件，因為不同的連接埠可能受到的靜電衝擊有所不同，不同元件要求的保護程度也有不同。要注意相應的參數鑒別以及各個生產商的不同設計，同時還要進行合理的PCB佈局。本文介紹在可攜式設備的ESD保護中如何應用TVS二極體元件。可攜式設備如筆記型電腦、手機、PDA、MP3播放器等，由於頻繁與人體接觸極易受到靜電放電(ESD)的衝擊，如果沒有選擇合適的保護元件，可能會造成機器性能不穩定，或者損壞。更壞的情況是查不出確切的原因，使用戶誤認為是

2、產品品質問題而損壞企業信譽。一般情況下，對此類設備暴露在外面可能與人體接觸的連接埠都要求進行防靜電保護，如鍵盤、電源介面、數據埠、I/O埠等等。現在比較通用的ESD標準是IEC61000-4-2，應用人體靜電模式，測試電壓的範圍為2kV～15kV(空氣放電)，峰值電流最高為20A/ns，整個脈衝持續時間不超過60ns。在這樣的脈衝下所產生的能量總共不超過幾百個微焦耳，但卻足以損壞感應零組件。可攜式設備所採用的IC元件大多是高整合度、小體積產品，精密的加工製程使矽晶氧化層非常薄，因而更易擊穿，有的在20V左右就會受到損傷。傳統的保護方法已不再普遍適用，有的甚至還會造成

3、對設備性能的干擾。TVS二極體的特點適用於可攜式設備的ESD保護元件有很多，例如設計人員可用分離元件搭建保護迴路，但由於可攜設備對於空間的限定以及避免迴路自感，這種方法已逐漸被更加整合化的元件所替代。多層金屬氧化物元件、陶瓷電容器還有二極體都可以有效地進行防護，它們的特性及表現各有不同，TVS二極體在此類應用中的獨特表現為其贏得了越來越大的市場。TVS二極體最顯著的特點一是反應迅速，使瞬時脈衝在沒有對線路或元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二極體設計改進使其具有更低的漏電流和結電容器，因而在處理高速率傳

4、導迴路的靜電衝擊時有更理想的性能表現(圖1)。TVS二極體的優勢TVS與齊納二極體：與傳統的齊納二極體相較，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，因而對於保護手持設備低工作電壓迴路的安全具有更好效果。TVS與陶瓷電容器：很多設計人員願意採用表面安裝的陶瓷電容器作ESD保護，不但便宜而且設計簡便，但這類元件對高壓的承受力卻比較弱。5kV的衝擊會造成約10%陶瓷電容器失效，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，各個埠必須至少能夠承受8kV接

5、觸衝擊(IEC61000-4-2標準)，可見使用TVS可以有效保証最終產品的合格率。TVS與MLV：多層金屬氧化物結構元件(MLV)也可以進行有效的瞬時高壓衝擊抑制，此類元件具有非線性電壓－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感應的線路和元件的保護，如電源迴路。而TVS二極體具有更好的電壓截止因子(圖2)，同時還具有較低的電容器，這一點對於手持設備的高頻埠非常重要，因為過高的電容器會影響數據傳輸，造成失真或是降級。TVS二極體的各種表面封裝均適合管線裝配的要求，而且晶片結構便於整合其它的功能，如EMI和RFI過濾保護等

6、，可有效降低元件成本，最佳化整體設計。另一個不能忽略的特點是二極體可以很方便地與其它元件整合在一個晶片上，現有很多將EMI過濾和RFI防護等功能與TVS整合在一起的元件，不但減少設計所採用的元件數目降低成本，而且也避免PCB板上佈線時易誘發的伴生自感。TVS相關參數處理瞬時脈衝對元件損害的最好辦法是將瞬時電流從感應元件引開。TVS二極體在線路板上是與被保護線路並聯的，當瞬時電壓超過電路正常工作電壓後，TVS二極體便產生雪崩，提供給瞬時電流一個超低電阻通路，其結果是瞬時電流透過二極體被引開，避開被保護元件，並且在電壓回覆正常值之前使被保護迴路一直保持截止電壓。當瞬時脈

7、衝結束以後，TVS二極體自動回覆高阻狀態，整個迴路進入正常電壓。許多元件在承受多次衝擊後，其參數及性能會產生降級變化，而只要工作在限定範圍內，二極體是不會產生損壞或降級的。從以上過程可以看出，在選擇TVS二極體時，必須注意以下幾個參數的選擇(圖3)：1．為了滿足IEC61000-4-2國際標準，TVS二極體必須達到可以處理最小8kV(接觸)和15kV(空氣)的ESD衝擊，有的半導體生產廠商在自己的產品上使用了更高的抗衝擊標準。對於某些有特殊要求的可攜設備應用，設計者可以按需要挑選元件。2．Vwm這是二極體在正常狀態時可承受的電壓，此電壓應大於等於被保護電路的正常