圖 3 雙向和單向 TVS

系統(tǒng)級 ESD 保護(hù)的關(guān)鍵器件參數(shù)

圖 4 顯示了 TVS 二極管電流與電壓特性的對比情況。盡管 TVS 是一種簡單的結(jié)構(gòu)，但是在系統(tǒng)級 ESD 保護(hù)設(shè)計過程中仍然需要注意幾個重要的參數(shù)。這些參數(shù)包括擊穿電壓 VBR、動態(tài)電阻 RDYN、鉗位電壓 VCL 和電容。

圖 4 TVS 二極管電流與電壓的關(guān)系

擊穿電壓

正確選擇 TVS 的第一步是研究擊穿電壓 (VBR)。例如，如果受保護(hù) I/O 線路的最大工作電壓 VRWM 為 5V，則在達(dá)到該最大電壓以前 TVS 不應(yīng)進(jìn)入其擊穿區(qū)域。通常，TVS 產(chǎn)品說明書會包括具體漏電流的 VRWM，它讓我們能夠更加容易地選擇正確的 TVS。否則，我們可以選擇一個 VBR(min) 大于受保護(hù) I/O 線路 VRWM 幾伏的 TVS。

動態(tài)電阻

ESD 是一種極速事件，也就是幾納秒的事情。在如此短的時間內(nèi)，TVS 傳導(dǎo)接地通路不會立即建立起來，并且在通路中存在一定的電阻。這種電阻被稱作動態(tài)電阻 (RDYN)，如圖 5 所示。

圖 5 ESD 電流放電通路

理想情況下，RDYN 應(yīng)為零，這樣 I/O 線路電壓才能盡可能地接近 VBR;但是，這是不可能的事情。RDYN 的最新工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值為 1 Ω 或者 1 Ω 以下。利用傳輸線路脈沖測量技術(shù)可以得到 RDYN。使用這種技術(shù)時，通過 TVS 釋放電壓，然后測量相應(yīng)的電流。在得到不同電壓的許多數(shù)據(jù)點(diǎn)以后，便可以繪制出如圖6一樣的 IV 曲線，而斜線便為 RDYN。圖 6 顯示了 TPD1E10B06 的 RDYN，其典型值為 ~0.3 Ω。

圖 6 TPD1E10B06 的 IV 特性

鉗位電壓

由于ESD是一種極速瞬態(tài)事件，I/O 線路的電壓不能立即得到箝制。如圖 7 所示，根據(jù) IEC 61000-4-2 標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)千伏電壓被箝制為數(shù)十伏。如方程式 1 所示，RDYN 越小，鉗位性能也就越好：

其中，IPP 為 ESD 事件期間的峰值脈沖電流，而 Iparasitic 為通過 TVS 接地來自連接器的線路寄生電感。

圖 7 8Kv 接觸放電的 ESD 事件鉗位

把鉗位電壓波形下面的區(qū)域想像成能量。鉗位性能越好，受保護(hù)ESD敏感型器件在ESD事件中受到損壞的機(jī)率也就越小。由于鉗位電壓很小，一些TVS可承受IEC模型的8kV接觸式放電，但是“受保護(hù)”器件卻被損壞了。

電容

在正常工作狀態(tài)下，TVS為一個開路，并具有寄生電容分流接地。設(shè)計人員應(yīng)在信號鏈帶寬預(yù)算中考慮到這種電容。

結(jié)論

由于 IC 工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)變得越來越小，它也越來越容易受到 ESD 損壞的影響，不管是在制造過程還是在終端用戶使用環(huán)境下。器件級 ESD 保護(hù)并不足以在系統(tǒng)層面為 IC 提供保護(hù)。我們應(yīng)在系統(tǒng)級設(shè)計中使用獨(dú)立 TVS。在選擇某個 TVS 時，設(shè)計人員應(yīng)注意一些重要參數(shù)，例如：VBR、RDYN、VCL 和電容等。