TVS二極管:為便攜電子設(shè)備提供有效的ESD保護(hù)
作者：杜玉廣
ESD保護(hù)對(duì)高密度、小型化和具有復(fù)雜功能的電子設(shè)備而言具有重要意義。本文探討了采用TVS二極管防止ESD時(shí)，最小擊穿電壓和擊穿電流、最大反向漏電流和額定反向關(guān)斷電壓等參數(shù)對(duì)電路的影響及選擇準(zhǔn)則，并針對(duì)便攜消費(fèi)電子設(shè)備、機(jī)頂盒、以及個(gè)人電腦中的視頻線路保護(hù)、USB保護(hù)和RJ-45接口等介紹了一些典型應(yīng)用。
隨著移動(dòng)產(chǎn)品、打印機(jī)、PC，DVD、機(jī)頂盒(STB)等產(chǎn)品的迅速發(fā)展，消費(fèi)者正要求越來越先進(jìn)的性能。半導(dǎo)體組件日益趨向小型化、高密度和功能復(fù)雜化，特別是像時(shí)尚消費(fèi)電子和便攜式產(chǎn)品等對(duì)主板面積要求嚴(yán)格的應(yīng)用很容易受到靜電放電的影響。一些采用了深亞微米工藝和甚精細(xì)線寬布線的復(fù)雜半導(dǎo)體功能電路，對(duì)電路瞬變過程的影響更加敏感，將導(dǎo)致上述的問題更加激化。
ESD保護(hù)原理
電路保護(hù)元件存在幾種技術(shù)，當(dāng)選擇電路保護(hù)元件時(shí)，若設(shè)計(jì)師選擇不當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)器件將只能提供錯(cuò)誤的安全概念。電路保護(hù)元件的選擇應(yīng)根據(jù)所要保護(hù)的布線情況、可用的電路板空間以及被保護(hù)電路的電特性來決定。此外，了解保護(hù)元件的特性知識(shí)也非常必要，需要考慮的重要因素之一是器件的箝位電壓。所謂箝位電壓是在ESD器件里跨在瞬變電壓消除器(TVS)上的電壓，它是被保護(hù)IC的應(yīng)變電壓。
因?yàn)槔孟冗M(jìn)工藝技術(shù)制造的IC電路里氧化層比較薄，柵極氧化層更易受到損害。這意味著較高的箝位電壓將在被保護(hù)IC器件上產(chǎn)生較高的應(yīng)變電壓，并且增加了失效的概率。
很多保護(hù)元件都被設(shè)計(jì)成可吸收大量的能量，由于元件結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)上的原因也導(dǎo)致其具有很高的箝位電壓。由于變阻器的箝位電壓太高，他們不能夠提供有效的ESD保護(hù)。此外，由于變阻器的高電容他們也不能給高速數(shù)據(jù)線路提供保護(hù)。TVS二極管正是為解決此問題而產(chǎn)生的，它已成為保護(hù)便攜電子設(shè)備的關(guān)鍵性技術(shù)。
TVS二極管是專門設(shè)計(jì)用于吸收ESD能量并且保護(hù)系統(tǒng)免遭ESD損害的固態(tài)元件。如果應(yīng)用得當(dāng)，TVS二極管將限制跨在被保護(hù)器件上的電壓剛好高過額定工作電壓，但是卻遠(yuǎn)低于破壞閾值電壓。
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TVS相關(guān)參數(shù)
處理瞬時(shí)脈沖對(duì)器件損害的最好辦法是將瞬時(shí)電流從敏感器件引開。TVS二極管在線路板上與被保護(hù)線路并聯(lián)，當(dāng)瞬時(shí)電壓超過電路正常工作電壓后，TVS二極管便發(fā)生雪崩，提供給瞬時(shí)電流一個(gè)超低電阻通路，其結(jié)果是瞬時(shí)電流通過二極管被引開，避開被保護(hù)器件，并且在電壓恢復(fù)正常值之前使被保護(hù)回路一直保持截止電壓。當(dāng)瞬時(shí)脈沖結(jié)束以后，TVS二極管自動(dòng)回復(fù)高阻狀態(tài)，整個(gè)回路進(jìn)入正常電壓。許多器件在承受多次沖擊后，其參數(shù)及性能會(huì)發(fā)生退化，而只要工作在限定范圍內(nèi)，二極管將不會(huì)發(fā)生損壞或退化。
