ESD静电保护二极管原理及应用详解

一、工作原理

ESD（Electrostatic Discharge Protection Devices），静电保护元器件，又称瞬态电压抑制二极管阵列（TVS Array），是由多个TVS晶粒或二极管采用不同的布局设计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，比如USB、HDMI、RS485、RS232、VGA、RJ11、RJ45、BNC、SIM、SD等接口中。尧丰发科技ESD静电保护器件，封装形式多样，从单路的SOD-323到多路的SOT-23、SOT-143、SOT23-6L、SOIC-8、QFN-10等。电路设计工程师可以根据电路板布局及接口类型选择不同封装形式的ESD静电保护二极管。

目前供应的ESD产品主要分为四大类：

• 单通道ESD和EOS保护器件

• 低电容ESD静电二极管

• 标准电容ESD静电二极管

• 高功率ESD静电二极管

二、ESD静电保护二极管特性

• 低电容，最低可达到零点几皮法；

• 快速响应时间：通常小于1nS；

• 体积小，小型化器件，节约PCB空间；

• 工作电压可以根据IC的工作电压设计，比如：2.8V、3.3V、5V、12V、15V等等；

• 灵活度高，可以根据应用需求设计电容、封装形式、浪涌承受能力等参数；

• 封装形式多样化，目前拥有的ESD封装有：QFN-0201、SOD-882、DFN1006-3L、SOT-523、SOD-523、QFN-10、SOD-123S、SOD-323、 SOT-23、SOT-143、SOT-363、SOT23-6L、SOIC-8、SOIC-16 等；

三、ESD静电保护二极管选型指南

1）ESD静电保护二极管的截止电压要大于电路中最高工作电压；

2）脉冲峰值电流IPP 和最大箝位电压VC 的选择，要根据线路上可能出现的最大浪涌电流来选择合适IPP的型号，需要注意的是，此时的VC 应小于被保护晶片所能耐受的最大峰值电压；

3）用于信号传输电路保护时，一定要注意所传输信号的频率或传输速率，当信号频率或传输速率较高时，应选用低电容系列的ESD静电二极管；

4）根据电路设计布局及被保护线路数选择合适的封装。ESD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。

四、ESD静电保护二极管参数详解

• VRWM：反向截止电压、通俗地讲，就是ESD允许施加的最大工作电压，在该电压下ESD处于截止状态，此时ESD的漏电流很小，为几微安甚至更低。

• VBR：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。

• IR：反向漏电流，即在ESD器件两端施加VRWM电压下测得ESD的漏电流。

• IPP：峰值脉冲电流，一般采用8/20μs的波形测量。

• VC：钳位电压，在给定大小的IPP下测得ESD两端的电压。大部分ESD产品VC与VBR及IPP成正比关系。

• C J：结电容，ESD的结电容与ESD的芯片面积、工作电压有关系。对于相同电压ESD产品，芯片面积越大结电容越大；对于相同芯片面积的ESD，工作电压越高结电容就越低。

五、ESD静电保护二极管典型应用

ESD静电保护保护二极管广泛应用于通信、安防、工业、汽车、消费类产品、智能穿戴设备等电子产品的通信线及I/O口等静电保护。