如何選擇ESD保護(hù)元件

1．金屬氧化物壓敏電阻(MOV)

壓敏電阻在小電流和低電壓下具有高阻抗，但在高電壓和大電流下，它們的阻抗大幅下降，因此它們屬于電壓箝位器件。

壓敏電阻是雙向保護(hù)器件，具有很寬范圍的電流和電壓保護(hù)能力，適用從高壓輸電線路和雷電保護(hù)，到到小型ESD表面貼裝器件等應(yīng)用領(lǐng)域，。然而，相對(duì)于它們的導(dǎo)電率來(lái)說(shuō)，它們電容較大，這意味著它們?cè)诟咚傩盘?hào)線路保護(hù)方面的應(yīng)用受到限制。壓敏電阻在遭受多次應(yīng)力后，性能也會(huì)下降，即使遠(yuǎn)低于單次應(yīng)力導(dǎo)致的損壞等級(jí)。

2．聚合物浪涌抑制器

聚合物浪涌抑制器件為消弧器件，且總是雙向保護(hù)器件。它們的電容很低，對(duì)高速應(yīng)用具有吸引力。但是它們的短處是導(dǎo)通電壓高、導(dǎo)通阻抗性能相對(duì)較差，遭受多次應(yīng)力時(shí)易于性能下降。

3．TVS二極管

如今大多數(shù)的二極管都是采用硅制造的固態(tài)器件。它們?yōu)殡p端器件，很容易讓一個(gè)方向上的電流流過(guò)，但在相反方向上，它們呈現(xiàn)高阻抗，直到兩端電壓達(dá)到擊穿電壓。二極管本質(zhì)上為單向器件，保護(hù)方式為電壓箝位。

二極管的特性取決于N區(qū)與P區(qū)的摻雜程度，這兩個(gè)區(qū)離結(jié)點(diǎn)的距離遠(yuǎn)近不同。調(diào)節(jié)摻雜程度能構(gòu)建反向偏置擊穿電壓在幾百伏到僅幾伏之間的二極管。設(shè)計(jì)有明確定義的反向偏置擊穿電壓的二極管，通常稱作齊納二極管。

基于二極管的TVS產(chǎn)品擁有其它ESD保護(hù)產(chǎn)品所不具備的多用性——可選擇單向和雙向保護(hù)?；径O管是單向產(chǎn)品，且是僅有的單向保護(hù)元件。串聯(lián)結(jié)合兩個(gè)二極管就能輕易地構(gòu)成雙向保護(hù)。雙向保護(hù)可通過(guò)共陰極或共陽(yáng)極配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用一對(duì)單向TVS器件便能實(shí)現(xiàn)雙向保護(hù)性能。市面上有多種基于雙向二極管的TVS器件，這些器件中的兩個(gè)二極管均位于同一個(gè)封裝，甚至經(jīng)常集成在單個(gè)硅襯底上。

過(guò)去，硅TVS器件由于電容高，在保護(hù)低壓高速信號(hào)線路方面存在劣勢(shì)。然而，近年來(lái)的技術(shù)進(jìn)步消除了這種不利因素。安森美半導(dǎo)體的新產(chǎn)品ESD9L5.0將硅器件保護(hù)的優(yōu)勢(shì)與高速應(yīng)用要求的低電容結(jié)合在一起。這個(gè)產(chǎn)品的特性就像一個(gè)簡(jiǎn)單的齊納二極管。事實(shí)上，ESD9L5.0包含一個(gè)擊穿電壓低的齊納二極管和一對(duì)擊穿電壓高(因而電容小)的標(biāo)準(zhǔn)二極管。

保護(hù)元件的比較

表1總結(jié)了前面談及的三類TVS器件的基本特性。選擇恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)器件應(yīng)考慮多種因素，其中關(guān)鍵的決定因素就是被保護(hù)電路的特性。

對(duì)應(yīng)力有不對(duì)稱敏感度的電路節(jié)點(diǎn)，可能需要只有TVS二極管產(chǎn)品才能提供的單向保護(hù)。高速應(yīng)用要求非常低的電容，這使得使聚合物器件具有吸引力。聚合物器件可以滿足對(duì)低電容和保護(hù)能力的要求。為了讓聚合物TVS產(chǎn)品可以用在高速應(yīng)用中，，高速節(jié)點(diǎn)需要在瞬態(tài)高壓下工作以導(dǎo)通聚合物TVS，并在導(dǎo)通模式下提供中等阻抗。

由于成本低、不要求高壓導(dǎo)通，壓敏電阻常常具有吸引力。如果它們被制造得足夠大以提供具有足夠低的導(dǎo)通阻抗，從而提供充足的保護(hù)，那么它們的電容通常對(duì)高速應(yīng)用而言就太大了。TVS二極管產(chǎn)品具有很好的箝位能力，如今市場(chǎng)上也有超低電容的TVS產(chǎn)品，甚至適合最高速的應(yīng)用。二極管也頗具吸引力，因?yàn)樗鼈兡軌蛴米鲉蜗虮Ｗo(hù)器件，匹配當(dāng)今許多高速數(shù)字信號(hào)的電壓范圍。