靜電放電（ESD）會(hui) 給電子器件環境會(hui) 帶來破壞性的後果。事實上，在各種各樣電路的電路封裝和經過裝配、正在使用大電子器件中，超過25%的半導體(ti) 芯片損壞歸咎於(yu) ESD。

　　通常情況下，來自人體(ti) 某個(ge) 部分（手指）的放電將給給不同的材料充電，隨後傳(chuan) 遞到附著在電子器件的導電觸點。這將造成IC損壞，並有理由指責終端用戶器件製造商。

　　這個(ge) 問題非常嚴(yan) 重，以至於(yu) 歐盟（European Union）已經為(wei) 任何在經濟區銷售的商品製定了特殊的ESD抑製標準。現在設計工程師必須為(wei) 當今更敏感的半導體(ti) 提供有效的ESD保護。

　　不幸地是，這項任務經常遵循事後回想的設計原則：首先搭建沒有額外過壓瞬間抑製的電路，依靠板上的IC來進行保護。如果測試能顯示在原型階段的靈敏度，那麽(me) 就加上保護器件。如果這種方法被采用來滿足當今更低放大電壓，增加頻率和更低噪聲的要求的話，整個(ge) 設計必須最優(you) 的並是集成的。在末端增加保護可能非常昂貴，或由於(yu) 時間限製而不切實際。

　　通常，ESD事件是由根據充電過程類型和瞬態電泳嚴(yan) 重程度的三種主要ESD算法描述的：人體(ti) 模型（HBM）、充電器件模型（CDM）和機器模型（MM）。這些模型定義(yi) 了瞬變效應的類型，因此設計工程師們(men) 就可以定義(yi) 明確的半導體(ti) 過壓芯片瞬變等級靈敏度，以及芯片及裝配產(chan) 品測試規程。利用這些模型，電路設計工程師可以測試芯片和產(chan) 品的ESD保護效率相一致，而且可以定量地與(yu) 可選方案進行比較。

　　電荷通過一係列電阻器直接傳(chuan) 遞，例如人的手指，是最普遍的ESD損壞原因。因此，優(you) 秀的ESD模型是HBM。在測試中待測器件中（DUT），這是由一個(ge) 100pF的電容通過一個(ge) 1500Ω的電阻向器件放電來表示的。這個(ge) 標準的商業(ye) 版本是軍(jun) 用規範883方法3015（圖1a）。

　　最流行的HBM變種是國際電工委員會(hui) IEC1000-4-2標準，定義(yi) 為(wei) 150pF電容通過一個(ge) 330Ω電阻放電（圖1b）。這是歐盟對在其區域內(nei) 商品銷售所必須的國際測試。#p#分頁標題#e#

　　但是，明顯的瞬間電壓威脅和能量等級的不同存在於(yu) 兩(liang) 個(ge) 模型之中。於(yu) 是設計工程師可以使測試過程適合他們(men) 所期望的具體(ti) 應用。例如，IEC1000-4-2具有一個(ge) 非常快速的電平脈衝(chong) 上升時間，能應用更多的脈衝(chong) 和更高的峰值電流（見表格）。

　　最近，電路設計工程師已經正在通過一定數量的瞬間電壓抑製器（TVS）器件增加保護。一些例子包括固狀器件（二極管）、金屬氧化物變阻器（MOV）、可控矽整流器、其他可變電壓的材料（新聚合物器件）、氣體(ti) 電子管和簡單的火花隙。

　　這類器件被放置在輸入端和地之間。當輸入電壓達到引起它們(men) “開路”或導通的水平時，它們(men) 能迅速把阻抗降低。理想地，輸入威脅被部分地反射回去，而平衡被部分地通過導通的TVS器件分流到地上。所以，在電路中隻有更小比例的威脅能夠達到敏感的IC。

　　但是ESD抑製器件也有著其自身的優(you) 缺點，隨著新一代高速電路的出現，一些缺點被放大了。例如，TVS必須迅速響應到來的浪湧電壓。浪湧電壓在0.7ns達到8KV（或更高）峰值時，TVS器件的觸發或調整電壓（與(yu) 輸入線平行）必須要足夠低以便作為(wei) 一個(ge) 有效的電壓分配器。

　　一些器件可保護電路，但在僅(jin) 幾次電流脈衝(chong) 和/或陷入進入低阻（短路）狀態後就老化了，形成電路到地的大電電流通道。這點對由電池驅動的器件來說是致命的。

　　每個(ge) 器件有其自身的差異。氣體(ti) 放電管可通過大電流，但是響應速度很慢。它們(men) 也會(hui) 老化且不能恢複。MOV能為(wei) 高速電路提供相對緩慢的導通響應。矽二極管的觸發響應速度非常快，導通電壓低，但它們(men) 像MOVS和其他器件一樣，電容比較高，從(cong) 而影響高速信號。

　　頻率越高，電容效應就越大。全新的ESD變壓器件是當前僅(jin) 有能夠提供極低電容和非常低關(guan) 斷漏電流的產(chan) 品。此外，在多次脈衝(chong) 之後它們(men) 能自我恢複。

　　現在考慮成本因素。設計工程師盡可能地把非主要器件的成本降到最低。由於(yu) 供大於(yu) 求，二極管的價(jia) 格一直以來都很低。一些新的高頻聚合物器件的價(jia) 格也十分有競爭(zheng) 力。#p#分頁標題#e#

　　過去幾個(ge) 主要的設計因素簡化了ESD抑製器問題。工作電壓更高、速度更慢、更魯棒的IC對浪湧電壓不那麽(me) 敏感。更低的工作頻率也意味著保護速度不那麽(me) 重要。同時，阻抗更高線路和引腳元件的電路、金屬更多的封裝以及更少的外部節點，也使事情變得更加簡單。

　　但是電子行業(ye) 已發生變化。消費電信行業(ye) 在發生爆炸式發展，出現了更多的手持設備。器件的工作頻率已經從(cong) 幾kHz上升到GHz，從(cong) 而使用於(yu) ESD保護的高容量無源器件帶來設計失真問題。此外，芯片工作電壓正在降低，有助於(yu) 極大提高對任和高能量瞬態（固定結點的加熱/融化）響應的靈敏度。同時，新型高頻數碼使用器件要求關(guan) 斷漏電流非常低，從(cong) 而降低噪聲。

　　在低成本的生產(chan) 環境中，對於(yu) 所有的電路元件來說降低成本是主要目標。因此，有效的ESD抑製器應為(wei) 設計工程師提供下列主要的好處和特點（未必按重要性排列）：

　　具有成本效益；

　　保護新型消費電子的音頻和視頻I/O線路以及RF連接端口，而無需犧牲性能；

　　保護新型通信連接硬件；

　　在很廣的工作頻率範圍內(nei) 具有穩定的器件特性；

　　在工作頻率為(wei) 數GHz的超寬帶電路中采用1pF以下的電容；

　　在關(guan) 狀態條件下漏電流最小，以減小噪音；

　　降低由ESD抑製器元件引起的工作電路信號失真和減衰；

　　為(wei) 提供有效保護，觸發和箝位特性要與(yu) 電路器件要求一致；

　　具有所需的裝配特性、外形因子和#p#分頁標題#e#PCB封裝，便於(yu) 用在高速自動裝配生產(chan) 線上；

　　在各種可選擇的器件中，最好是在無需改變電路板的情況下具有高互換性；

　　在產(chan) 品使用壽命期間可靠性高。

布局指南

　　不管選擇怎樣的TVS器件，它們(men) 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(wei) 快速（0.7ns）ESD脈衝(chong) 可能產(chan) 生導致TVS保護能力下降的額外電壓。

　　另外，快速ESD脈衝(chong) 可能在電路板上相鄰（平行）導線間產(chan) 生感應電壓。如果上述情況發生，由於(yu) 將不會(hui) 得到保護，因為(wei) 感應電壓路徑將成為(wei) 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抑製器件PCB布局方案應該是：放置在被保護的IC之前，但盡量與(yu) 連接器/觸點PCB側(ce) 盡量近這； 放置在與(yu) 信號線串聯任何電阻之前； 放置在包含保險絲(si) 在內(nei) 的過濾或調節器件之前； 放置在IC之前的其他可能有ESD的地方。

　　由於(yu) 業(ye) 界對在高頻電路中采用ESD抑製越來越感興(xing) 趣，所以已對消費電子領域中的一些大型器件進行了研究。對比數據表明，盡管低成本的矽二極管（甚至變阻器）的觸發/箝位電壓非常低，但它們(men) 的高頻容量和漏電流無法滿足不斷增長的應用需求。

　　另一個(ge) 重要要求是ESD抑製器對電路信號特性的影響最小。對聚合物ESD抑製器的測量表明，頻率高達6GHz時的衰減小於(yu) 0.2dB，這樣它們(men) 對電路幾乎沒有影響。

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　　另外，商業(ye) 化產(chan) 品要求在所有不同的硬件接口位置都要有ESD浪湧保護。例如，一些新型電腦和更高端的消費電子可能會(hui) 如下這些互連器件的大部分或者全部：以太網、USB1.1/USB2.0、IEEE-1394/1394b、音頻/視頻/RF以及傳(chuan) 統的RS-232、RJ-11等端口等的audio/video/RF端口。所有傳(chuan) 統的保護器件都已經不同程度地得以成功應用。但是，如今不斷增長的工作頻率為(wei) 超低電容器件（如聚合物抑製器）提出了需求。

　　USB 2.0 協議具有00 Mbps的快速數據轉換速率。因此，當采用具有SurgX技術的超低電容聚合物器件進行保護時，一個(ge) 配備了USB 2.0功能的器件將具有最佳性能。這將比使用齊納二極管或多層變阻器時產(chan) 生更少的數據失真。

　　另外，許多新型消費電子器件能執行快速的IEEE-1394/1394b（Fireware）數據轉換協議。這種非常高的數據速率（1600 Mbps，1394b）要求低電容ESD抑製器，例如聚合物浪湧器件。測試數據表明，聚合物ESD抑製器帶來的信號失真比矽二極管器件保護Firewire端口產(chan) 生的更少。