靜電放電保護(hù)器件種類與特點(diǎn)

靜電放電(ESD)是一種意外的快速高壓瞬態(tài)波形，出現(xiàn)在電路內(nèi)的導(dǎo)體上。由于人際接觸等原因，靜電敏感IC等器件容易因此發(fā)生故障。為了應(yīng)對(duì)這一問題，人們開發(fā)出了多種靜電放電保護(hù)器件，以保護(hù)電子設(shè)備中的敏感電路不受靜電放電的影響。

1. 齊納二極管(Zener Diode)

齊納二極管，也稱為穩(wěn)壓二極管，利用反向擊穿特性來保護(hù)ESD敏感器件。齊納二極管具有非常嚴(yán)格控制的“接通”電壓，使得其可以在特定的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定的電流調(diào)節(jié)。然而，齊納二極管通常有幾十pF的電容，這對(duì)于高速信號(hào)(例如500MHz)而言，會(huì)引起信號(hào)畸變。因此，齊納二極管在高頻電路中的應(yīng)用受到限制。

2. 聚合物靜電抑制器(PESD)

聚合物靜電抑制器是一種基于聚合物工藝的保護(hù)器，外部由Polymer聚合物材料制成，內(nèi)部菱形的高電分子以規(guī)則的點(diǎn)陣離散狀排列。當(dāng)靜電電壓超過Polymer的觸發(fā)電壓時(shí)，內(nèi)部分子迅速產(chǎn)生尖端對(duì)尖端的放電，將靜電在瞬間泄放到地。聚合物靜電抑制器的主要特點(diǎn)是電容非常低，這使得其能用于高頻通訊場合，如HDMI等。然而，其鉗位電壓同樣比較高。

3. 片式壓敏電阻(MLV)

片式壓敏電阻，一般稱為MLV，是基于多層金屬氧化物結(jié)構(gòu)器件。MLV也可以進(jìn)行有效的瞬時(shí)高壓沖擊抑制，具有非線性電壓-電流(阻抗表現(xiàn))關(guān)系，截止電壓可達(dá)最初中止電壓的2～3倍。這種特性適合用于對(duì)電壓不太敏感的線路和器件的靜電或浪涌保護(hù)，如電源回路、按鍵輸入端等。MLV的主要特點(diǎn)是成本低，但鉗位電壓偏高。

4. 瞬變電壓消除器(TVS)

瞬變電壓消除器(Transient Voltage Suppressor，TVS)是一種固態(tài)二極管，專門用于防止ESD瞬態(tài)電壓破壞敏感的半導(dǎo)體器件。與傳統(tǒng)的齊納二極管相比，TVS二極管的P/N結(jié)面積更大，這一結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)使TVS具有更強(qiáng)的高壓承受能力，同時(shí)也降低了電壓截止率，因而對(duì)于保護(hù)手持設(shè)備低工作電壓回路的安全具有更好效果。TVS二極管的瞬態(tài)功率和瞬態(tài)電流性能與結(jié)的面積成正比，其結(jié)具有較大的截面積，可以處理閃電和ESD所引起的高瞬態(tài)電流。此外，TVS二極管具有快速的導(dǎo)通時(shí)間(特別是單向，雙向較慢)，但不適合作為單個(gè)元件來有效應(yīng)對(duì)高功率ESD事件(需要與MOV、火花間隙或GDT配對(duì))。

5. 其他保護(hù)器件

除了上述幾種常見的靜電放電保護(hù)器件外，還有一些其他類型的保護(hù)器件也用于ESD保護(hù)。例如：

金屬氧化物壓敏電阻(MOV)：MOV具有大通流量，但存在累積退化、大漏電流和大電容(10～1000pF)的問題。

氣體放電管(GDT)：GDT可以熄滅極高功率的ESD事件(例如雷擊)，但不具有低而尖銳的導(dǎo)通電壓，通常與TVS二極管結(jié)合使用。

火花間隙(GAP)：火花間隙非常簡單，只是PCB層上的銅形狀，工作原理與GDT相同，但沒有受控的氣氛和壓力。

MLCC陶瓷電容器：MLCC陶瓷電容器便宜且體積小，但對(duì)高功率ESD事件無效，主要適用于幫助降低由小ESD事件引起的電壓尖峰。

靜電放電保護(hù)器件的特點(diǎn)與應(yīng)用

靜電放電保護(hù)器件具有多種特點(diǎn)，使其能夠廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。這些特點(diǎn)包括：

回應(yīng)速度快：靜電放電保護(hù)器件的回應(yīng)速度通常小于1ns，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)靜電放電進(jìn)行響應(yīng)。

電容值低：適用于高頻高速傳輸線路，不會(huì)對(duì)高速信號(hào)造成損害。

體積小、封裝多樣化：能夠滿足各種產(chǎn)品的應(yīng)用需求，方便集成到電子設(shè)備中。

漏電流低：通常小于1uA，不會(huì)對(duì)電路的正常工作產(chǎn)生影響。

超低限制電壓(鉗位電壓)：能夠確保在靜電放電發(fā)生時(shí)，將電壓限制在安全范圍內(nèi)。

靜電放電保護(hù)器件主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)接口和電源等易受靜電放電影響的部位，如HDMI、USB、RJ45和天線端等。這些器件能夠轉(zhuǎn)移來自敏感元件的ESD應(yīng)力，使電流流過保護(hù)元件而非敏感元件，同時(shí)維持敏感元件上的低電壓，從而保護(hù)電子設(shè)備免受靜電放電的損害。

結(jié)語

靜電放電保護(hù)器件在電子設(shè)備中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過了解不同種類的靜電放電保護(hù)器件及其特點(diǎn)，我們可以更好地選擇和應(yīng)用這些器件，以確保電子設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。隨著科技的不斷發(fā)展，相信未來會(huì)有更多新型、高效的靜電放電保護(hù)器件問世，為電子設(shè)備的保護(hù)提供更加全面的解決方案。