高速數(shù)據(jù)應(yīng)用中ESD抑制技術(shù)簡介

高清電視及顯示器的發(fā)展加速提高了信號傳輸速率,除此之外，USB 2.0以及USB 3.0等高速串行協(xié)議的應(yīng)用也使信號速率在不斷提高。隨著信號速率的提高，以前傳統(tǒng)的ESD保護技術(shù)已顯得過時，多層壓敏電阻、硅二極管的高電容、漏電流以及鉗位電壓已經(jīng)不能提供準確可靠的保護，以保證高速信號不發(fā)生明顯的信號降級。

通過采用間隙技術(shù)（gap technology），特別是采用空氣作為間隙，已經(jīng)在低電容抑制器、更低漏電流、更低鉗位電壓等方面實現(xiàn)了可觀的性能提升。總之，在重復(fù)多次或持續(xù)的ESD事件后，聚合物間隙抑制器會降級，而空氣間隙器件仍將保持非常低的電容、漏電流和觸發(fā)電壓，即使在1s事件間隔內(nèi)經(jīng)過1000次ESD事件，也能保持良好的性能。

靜電放電保護方案概覽
對于數(shù)據(jù)速率在350Mb/s或低于350Mb/s的應(yīng)用，瞬態(tài)抑制二極管和多層壓敏電阻是提供保護的極好選擇。這些應(yīng)用包括標清LCD顯示器、TFT顯示器，以及大多數(shù)的計算機周邊接口及連接。這些信號天生就允許高的插入損耗、高鉗位電壓和觸發(fā)電壓。鑒于電源引腳上并沒有任何信號，因此，高速抑制相應(yīng)并不是必需的。瞬態(tài)抑制二極管和多層壓敏電阻也可以有效地保護像USB 2.0以及其他更高速率的接口電源引腳。但是，對于像DVI、HDMI、USB 3.0以及最新的IEEE 1394 A和B標準下的數(shù)據(jù)通信線路，實現(xiàn)最小信號失真的高速抑制響應(yīng)對于系統(tǒng)性能和電路保護是至關(guān)重要的。這些應(yīng)用包括數(shù)字視頻設(shè)備、MP3播放器、手機、PDA、網(wǎng)絡(luò)交換器、有線和衛(wèi)星電視機頂盒、打印機、掃描儀、復(fù)印機以及筆記本電腦和上網(wǎng)本等計算機設(shè)備。

圖1 不同數(shù)據(jù)速率對應(yīng)的靜電放電抑制技術(shù)

抑制器技術(shù)比較
表1給出了在靜電放電抑制器件中常用的幾種核心技術(shù)的優(yōu)點和缺點對比。聚合物靜電放電抑制器件在各種技術(shù)中可提供最低的漏電流，可承受非常高的靜電放電電壓脈沖，但在多次靜電放電事件后器件會開始降級。除此之外，該類器件相對高的觸發(fā)電壓和鉗位電壓（比空氣間隙放電產(chǎn)品高出50～100倍）則意味著更多的靜電放電脈沖能量可以通過被保護的電路。

表1 幾種不同抑制器技術(shù)比較

多年以來，在多種電器設(shè)備中廣泛應(yīng)用多層壓敏電阻來提供有效的靜電放電抑制。多層壓敏電阻相對較低的擊穿電壓和觸發(fā)電壓以及能經(jīng)受多次脈沖的能力是相當令人滿意的?？墒?，多層壓敏電阻具有較高的漏電流和電容，并且降低電容帶來的有害影響導(dǎo)致其無法勝任高速數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

基于硅的瞬態(tài)電壓抑制器件工作在標準P/N結(jié)的擊穿狀態(tài)，相比基于聚合物-間隙（polymer-gapbased）的器件可提供相對低的觸發(fā)電壓和鉗位電壓。該類器件的泄漏電流比空氣間隙器件（air-gap device）的高10～20倍，其相對較高的固有電容導(dǎo)致高信號失真和插入損耗?；诳諝忾g隙的器件在以上討論過的所有技術(shù)中可提供最低的電容和鉗位電壓，其工作在兩個電極間的惰性氣體擊穿狀態(tài)?；诳諝忾g隙的器件可以防止高達15kV的脈沖，它們在經(jīng)歷1000次脈沖沖擊后性能特點也相當穩(wěn)定（如圖2所示）?；诳諝忾g隙的器件泄漏電流略高于基于聚合物-間隙的器件，但是其電容和插入損耗與聚合物器件相當或者稍好一些，并且其鉗位電壓和觸發(fā)電壓要低得多。