ESD保護器件的主要特性參數分析及典型應用2
ESD應用
1.底部連接器的應用
底部連接器設計廣泛應用在移動消費類產品上，目前市場上應用產品主要為移動電話、PDA、DSC(數碼相機)以及MP3等便攜產品。
由于是直流回路，可選用高電容器件。此端口可能會受到高能量的沖擊，可以選用集成了TVS和過流保護功能的器件。如圖1所示，是便攜產品的底部連接器保護電路的示意圖，其中的數據線保護IC為NZQA5V6XV5T1、NZQA6V2XV5T1、NZQA6V8XV5T1、NZQA8V2XV5T1、NZQA5V6AXV5T1、NZQA6V8AXV5T1、MSQA6V1W5T2、SMF05T1和NSQA6V8AW5T2。以上產品都帶4個單相獨立線路ESD保護，其中MSQA系列、NSQA系列和SMF05的封裝形式是SC-88A，NZQA系列的封裝形式是SOT-553。其中NZQA5V6XV5是5.6V單向式TVS保護器件；NZQA6V2XV5是6.2V單向式TVS保護器件；NZQA6V8XV5是6.8V單向式TVS保護器件；NZQA6V8AXV5是6.8V單向式、低電容TVS保護器件；NUP4102XV6是14V雙向式、低電容TVS。這些SOT5xx封裝的TVS器件均針對260℃回焊溫度處理工藝生產，符合100%無鉛和靜電放電保護的要求，比傳統的SC88封裝減少電路板空間達36%，降低厚度40%，適合用于對電路板空間要求嚴格的便攜設備，如手機、數碼相機、MP3播放器。
2 RJ-45(10/100M以太網網絡) RJ-45接口廣泛應用在網絡連接的接口設備上，典型的應用就是10/100M以太網網絡。
RJ-45數據線保護主要應用了安森美公司的低電容瞬態電壓抑制二極管--SL05，工作電壓是5V。實際上該公司有一系列的SLXX產品，產品從SL05到SL24，工作電壓覆蓋5V、12V、15V、24V。符合IEC 61000-4-2(ESD)15kV(空氣)、8kV(接觸) 和IEC 61000-4-4(EFT)40A(5/50ns)以及IEC 61000-4-5(Lightning)12A(8/20us)標準，除了用在LAN/WAN設備上，還適合用于高速數據線保護，移動電話和USB端口的保護。
3. 視頻線路的保護
目前視頻常見的輸出端口設計有D-SUB(如圖3)、DVI(28線)、SCART(19線)和D-TERMINAL(主要日系產品在用)。視頻數據線具有高數據傳輸率，數據傳輸率高達480Mbps，有的視頻數據傳輸率達到1G以上，因而要選擇低電容LCTVS，它通常是將一個低電容二極管與TVS二極管串聯，以降低整個線路的電容(可低于3pF)，達到高速率回路的要求。ONSEMI半導體公司的SRDA05-4具有良好的低電容特性，能夠提供4路ESD保護，而它的后繼產品SRDA05-6能夠提供多達6路ESD保護。SRDA05-X系列產品適用于所有高速通訊線路的保護。
4. SIM卡數據線路保護
SIM卡數據線路保護一直是各個公司的產品重點,而且專門為此類端口設計的集ESD(TVS)/EMI/RFI防護于一個芯片的器件，充分體現了片式器件的無限集成方案。
在針對不同用途選擇器件時，要避免使器件工作在其設計參數極限附近，還應根據被保護回路的特征及可能承受ESD沖擊的特征選用反應速度足夠快、敏感度足夠高的器件，這對于有效發揮保護器件的作用十分關鍵，另外集成了其它功能的器件也應當首先考慮。
眾多半導體廠商提供了多種不同的TVS二極管封裝形式，尤其是像SOT23和SC-70，以及與芯片同等大小的倒裝芯片之類的微型封裝，在板上只占約4.8mm2的位置，卻可以同時保護多個線路。最近的許多新產品更是適應便攜設備高集成度、小型化要求，將EMI/RFI/ESD保護集成在一個器件中，不但可以有效縮小空間，還大大減少了成本，降低了器件采購成本和加工成本，對于同時需要這幾種保護功能的端口來說，可謂設計者的優選。
5. USB保護
一般USB的ESD保護分上行(圖5)和下行(圖6)兩種情況。針對USB 1.1的ESD保護下行主要采用了NUF2101，上行ESD保護采用STF202或者NUF2221W1T2。這些產品即能滿足USB線路終端的ESD保護，還具有良好的濾波功能。
6. 音頻/揚聲器數據線路保護
在音頻數據線路保護方面(圖6)，由于音頻回路的信號速率比較低，對器件電容的要求不太高，100pF左右都是可以接受的。有的手機設計中將耳機和麥克風合在一起，有的則是分立線路。前一種情況可以選擇單路TVS，而后一種情況如果兩個回路是鄰近的，則可以選用多路TVS陣列，只用一個器件就能完成兩個回路的保護。
7. 按鍵/開關對于按鍵和開關回路，這些回路的數據率很低，對器件的電容沒有特殊要求，用普通的TVS陣列都可以勝任。
本文總結
以上的產品主要是針對數據線路的ESD保護。在表1中所列器件中有四款是專為為USB、以太網、防火墻和其他高速數據應用設計的濾波器。這些器件符合USB的所有要求，包括電磁干擾濾波和上行/下行端口的線路終端。這些新型集成元件均能替代目前需采用12個元件的分立元件解決方案。八款新型器件提供靜電放電(ESD)保護，具有業界最低電容。這些新型保護器件均通過了15千伏接觸放電測試，測試標準高于IEC61000的8千伏ESD標準。這些器件具有1.5皮法電容典型值，確保了數據線速度以及數據完整性。
此外，對于便攜式設備來說，各類集成電路的復雜性和精密度的提高使它們對ESD也更加敏感，以往的通用回路設計也不再適合。合理的PCB布局最重要的是要在使用TVS二極管保護ESD損害的同時避免自感。ESD設計很可能會在回路中引起寄生自感，會對回路有強大的電壓沖擊，導致超出IC的承受極限而造 成損壞。負載產生的自感電壓與電源變化強度成正比，ESD沖擊的瞬變特征易于誘發高強自感。減小寄生自感的基本原則是盡可能縮短分流回路，必須考慮到包括接地回路、TVS和被保護線路之間的回路，以及由接口到TVS的通路等所有因素。所以，TVS器件應與接口盡量接近，與被保護線路盡量接近，這樣才會減少自感耦合到其它鄰近線路上的機會。
在電路板設計中還應注意以下幾點：盡量避免在保護線路附近走比較關鍵的信號線，盡量將接口安排在同一個邊上；采用高集成度器件，二極管陣列不但可以大大節約線路板上的空間，而且減少了由于回路復雜可能誘發的寄生性線路自感的影響；避免被保護回路和未實施保護的回路并聯，將接口信號線路和接地線路直接接到保護器件上，然后再進入回路的其它部分，將復位、中斷、控制信號遠離輸入/輸出口，遠離PCB的邊緣；各類信號線及其饋線所形成的回路所環繞面積要盡量小，必要時可考慮改變信號線或接地線的位置；在可能的地方都加入接地點。