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电子设备则面临更恶劣的ESD条件。今天国际公认的系统级ESD标准是IEC 61000-4-2。

IEC 61000-4-2又将ESD放电电压细分为4个危害等级,分别是通过330 Ohm 电阻释放2kV、 4kV、 6kV和8kV电压。如今的电子系统大都要求至少可抵抗3级或4级ESD电压。

保护电子设备不被损坏,这项使命从来都不简单。由于钳位电压低而且响应时间短,瞬态电压抑制(TVS)二极管长期以来一直被用于保护系统免受ESD损坏。当然,市场上还有其他类型的ESD抑制器件,但这种器件若选择不慎,可能会让设计人员对自己的产品产生错误的安全感。采用的ESD器件满足IEC 61000-4-2标准并不能保证系统一定可以通过ESD测试。评价一个TVS器件在系统中表现如何的最佳方法是看其钳位电压。所谓钳位电压,就是当出现ESD现象时器件两端维持的电压。因此,这也是当时被保护IC所承受的电压。钳位电压过高会导致被保护器件承受的电压过高,从而增大故障概率。而TVS二极管则以其优秀的低钳位电压特性成为敏感电子产品保护领域的主要技术。如果使用得当,它可以将被保护器件两端的电压限制在稍高于该器件的工作电压、并远低于器件损坏电压的水平。

在选择保护器件的钳位电压时,还必须考虑被保护器件的工作电压。目的是在输入电压刚刚高于电路正常工作电压时,保护器件就能导通。

设计ESD保护方案时,在电路板布线和元器件选择方面还应注意以下问题:

1. TVS器件应尽可能接近系统的接口连接器。由于ESD脉冲上升时间很短,因此我们显然不希望它耦合到附近的走线上去。而将TVS器件尽可能靠近接口端口放置就可以限制PCB入口点的能量,从而削弱ESD现象引发的二次辐射效应。

2. 尽可能缩短TVS器件到被保护I/O线之间的走线长度,以此减小寄生电感效应(V = L*di/dt)。假设ESD的上升时间为1ns,那么一个30A的脉冲(IEC 61000-4-2标准第4级)加在一个1nH的走线寄生串联电感上可以将器件的钳位电压提高30V!

3. 如果可能,TVS器件的接地脚应直接连接到电路板的地平面。如需过孔连接,则应同时采用多个过孔连接。

4. 当电路板承载的是高速数字信号时,TVS器件的电容特性就显得重要起来。为保持信号完整性,应在不牺牲钳位性能的前提下选择容值最小的保护器件。

5. 如果可以,在高速走线上应采用流过型封装(flow through package),因为这样就能直接将保护器件放在PCB的差分走线对上,使走线不必分支,也不必弯曲,从而保持信号完整性。

6. 尽可能缩短走线长度,因为如果信号走线过长,就会象天线一样从ESD耦合噪声。

选择一款钳位性能优秀的TVS,并采用一些基本布线技术,设计师们就能提高其产品一次性通过ESD检测的几率,并保证产品具备更高的可靠性。