關(guān)于esd保護(hù)二極管的比較

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　　隨著更新的集成電路（IC）技術(shù)采用更小的幾何尺寸和更低的工作電壓，不斷更新?lián)Q代的便攜產(chǎn)品對靜電放電（ESD）電壓損害越來越敏感。有鑒于此，手機(jī)、MP3播放器和數(shù)碼相機(jī)等便攜產(chǎn)品的設(shè)計人員必須評估各種可供選擇的ESD保護(hù)解決方案，確保他們所選擇的解決方案能滿足當(dāng)今IC不斷變化的需求。怎么樣選擇有效的ESD保護(hù)解決方案呢？
( C- p5 |0 N: K! c3 `0 c　　什么是ESD保護(hù)？
　　ESD是Electro-Static discharge的縮寫，即“靜電釋放”。本文介紹以下內(nèi)容：ESD的產(chǎn)生的三種形式；什么是靜電；靜電的產(chǎn)生原因；什么是ESD（靜電放電）；ESD對電子設(shè)備的影響……ESD是代表英文ElectroStatic Discharge即‘靜電放電’的意思。ESD是本世紀(jì)中期以來形成的以研究靜電的產(chǎn)生與衰減、靜電放電模型、靜電放電效應(yīng)如電流熱（火花）效應(yīng)（如靜電引起的著火與爆炸）及和電磁效應(yīng)（如電磁干擾）等的學(xué)科。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用及電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，對靜電放電的電磁場效應(yīng)如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（emc）問題越來越重視。
　　從近期的設(shè)計趨勢的ESD所需考慮因素
3 Q: R! f) U- l3 d! i　　ESD 保護(hù)器件的目的是把數(shù)千伏電壓的ESD輸入電壓降低到所保護(hù)的IC所能承受的安全電壓，并能把電流從IC旁路。雖然所需ESD波形的輸入電壓和電流在過去 的幾年沒有出現(xiàn)變化，但要求保護(hù)IC的安全電壓電平卻降低了。過去，IC設(shè)計對于（防范）ESD而言更具強(qiáng)固性，而且能夠承受更高電壓，因此，在選擇能符 合IEC61000-4-2第4級的要求的保護(hù)二極管時有充分的選擇余地。而對于如今ESD更敏感的IC，設(shè)計工程師就必須不僅要確保保護(hù)器件能夠符合 IEC61000-4-2第4級標(biāo)準(zhǔn)，而且還要確保該器件能夠?qū)�ESD脈沖鉗制到足夠低的電平，從而確保IC不受損壞。在為給定的應(yīng)用選擇最佳保護(hù)器件的 時候，設(shè)計工程師必須要考慮到ESD保護(hù)器件能夠把ESD電壓控制到多么低的電平。
6 M9 k' m* a" P. h　　如何選擇最有效的保護(hù)方案
　　保護(hù)二極管的關(guān)鍵直流（DC）規(guī)范是擊穿電壓、漏電壓和電容。大部分?jǐn)?shù)據(jù)表也會說明IEC61000-4-2的最大額定電壓，該電壓指的是二極管在該電壓上 不會被ESD沖擊損壞。所存在的問題是，大部分?jǐn)?shù)據(jù)表中沒有任何針對象ESD這樣的高頻率、高瞬態(tài)電流的鉗位電壓方面的信息。可是要詳細(xì)說明，要在 IEC61000-4-2規(guī)范中硬性規(guī)定鉗位電壓不是一件簡單的事情，這是因為該規(guī)范的初衷是用來檢驗系統(tǒng)是否合格，并且頻率是如此高。要把這種規(guī)范來檢 驗保護(hù)器件，關(guān)鍵的是不僅要檢查保護(hù)二極管是否合格/不合格，還要檢查它能把ESD電壓鉗位到多么低的電平。
. Z# I' n9 h4 [. x' T) g; X4 \% [$ ^　　比較保護(hù)二極管鉗位電壓的最好途徑是采用一臺示波器截取保護(hù)二極管兩端在ESD產(chǎn)生期間內(nèi)的實際電壓波形。
　　幾種保護(hù)二極管的比較
　　為了進(jìn)行公平的比較，所選元器件應(yīng)當(dāng)有相似的封裝尺寸和參數(shù)指標(biāo)。用來比較的是三 只ESD保護(hù)二極管，當(dāng)對它們的電特性進(jìn)行比較時，認(rèn)為這些器件可以彼此互換。這些器件都是雙向的ESD保護(hù)器件，具有同樣的擊穿電壓（6.8 V）、電容（15 pf）和封裝外形（1.0 × 0.6 × 0.4 mm）。這里所選擇的產(chǎn)品分別是競爭對手1的RSB6.8CS、競爭對手2的PG05DBTFC和安森美半導(dǎo)體的ESD9B5.0ST5G。
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7 @* X$ @  l% s. x8 B　　當(dāng) 對以上器件的DC性能進(jìn)行比較的時候，結(jié)果看起來似乎是相同的（參見圖2所示曲線）。此外，它們都聲稱符合IEC61000-4-2第4級標(biāo)準(zhǔn)，這就意味 著它們將都經(jīng)受住高達(dá)8 kV接觸電壓的ESD沖擊。確保保護(hù)敏感IC的ESD保護(hù)器件至關(guān)重要的性能不是DC性能; 盡管器件符合IEC61000-4-2的第4級標(biāo)準(zhǔn)是重要，但更重要的是保護(hù)IC。為確保在ESD事件期間IC沒有被損壞，保護(hù)二極管必須把ESD電壓鉗 位至足夠低的值，使IC不會損壞。
- C2 o2 T. a3 k# ]$ f# R　　為了比較每個器件的鉗位性能，利用示波器來截取ESD發(fā)生期間的電壓波形。利用完全相同的測試條件，對上述器件進(jìn)行并排測試。圖3中顯示出每個二極管對正/負(fù)ESD脈沖的響應(yīng)曲線。所用的輸入脈沖為IEC61000-4-2第4級的標(biāo)準(zhǔn)接觸電壓（8 kV）。
　　從 圖3所示的屏幕圖上可見，顯然，與兩個競爭對手的器件（藍(lán)色波形）相比較，安森美半導(dǎo)體保護(hù)解決方案（黑色波形）提供更低的ESD脈沖鉗位電壓。與競爭對 手2的18 V和競爭對手1的23 V相比較，安森美半導(dǎo)體的器件將正脈沖鉗位在14 V。而在負(fù)脈沖期間，這三個器件之間鉗位電壓的差異更加明顯。安森美半導(dǎo)體、競爭對手2和競爭對手1的器件對負(fù)脈沖的鉗位電壓分別是20 V、34 V和42 V。在負(fù)ESD脈沖期間這三種器件之間有明顯的區(qū)別，競爭對手2的器件的鉗位電壓比安森美半導(dǎo)體的器件高70%，而競爭對手1的器件的鉗位電壓則是安森美 半導(dǎo)體器件的兩倍之多。通過競爭對手的保護(hù)器件后的剩余負(fù)脈沖電壓對那些更容易受到ESD破壞的新IC設(shè)計有潛在的危險。然而，安森美半導(dǎo)體的器件卻能在 負(fù)脈沖和正脈沖兩個方向上保持低的鉗位電壓，從而將遭受正/負(fù)ESD脈沖的破壞風(fēng)險都保持在最低水平。
* M! I* x! Q" ~5 P% d- H! t" y　　好的保護(hù)器件需要對 正/負(fù)ESD脈沖都能進(jìn)行很好的鉗位，以保證終端產(chǎn)品在實際條件下具有最高的可靠性。在正/負(fù)兩個方向上的低鉗位電壓確保保護(hù)器件能保護(hù)極敏感的IC，這 使得設(shè)計工程師能利用可以實現(xiàn)更多功能和更高速度的最新IC技術(shù)。由于認(rèn)識到在選擇ESD保護(hù)器件時鉗位電壓的重要性日益提高，很多提供保護(hù)器件的公司在 他們最新ESD保護(hù)器件的數(shù)據(jù)表中提供了類似圖3中的ESD鉗位屏幕截圖。
2 f- R( ^$ f1 K0 X8 J　　ESD靜電保護(hù)元件分析
　　任何保護(hù)元件在正常工作期間必須作為高阻抗電路出現(xiàn)在受保護(hù)的輸入端。它所施加的電容負(fù)載必須盡可能的小，使得對正常的輸入信號幾乎沒有影響。然而， 在過壓的瞬間，同一器件必須成為能量的主要通路，把能量從被保護(hù)器件的輸入端轉(zhuǎn)移出去。此外，保護(hù)器件的安全（standing-off）電壓必須高于受保護(hù)端所允許的最大信號電壓。同樣，其箝位電壓必須低到足以防止所保護(hù)的器件遭受損壞，這是由于在瞬態(tài)發(fā)生期間，輸入端上的電壓將是保護(hù)器件的箝位電壓。
2 L5 N. }" s/ F( a" Y& x8 s　　我們常常會看到介紹ESD靜電保護(hù)器、ESD靜電阻抗器、ESD靜電釋放器、貼片壓敏電阻等產(chǎn)品，但其實保護(hù)器件最關(guān)鍵的參考系數(shù)應(yīng)該是下面三項：
4 R& X( k" c. v5 A　　1. 快速響應(yīng)時間
4 S0 U* Y. p/ Z( {: T) n　　2. 低箝位電壓
　　3. 高電流浪涌承受能力
　　無論產(chǎn)品被介紹得多么優(yōu)異，在選擇ESD靜電保護(hù)元件時，仍應(yīng)該細(xì)致地做好實際的對比，以及運(yùn)用IEC61000-4-2測試來做驗證。目前行業(yè)慣例是根據(jù)8us上升時間和20us持續(xù)時間的脈沖公布箝位電壓的，而真正的ESD脈沖應(yīng)該是1ns上升時間和60ns的持續(xù)時間。
& P/ y  r4 ^* B; V  p　　PESD5V0V1BA的產(chǎn)品特征：
8 g( `% X! J+ l. X( M! d+ u  u. p+ S　　極低電容雙向靜電放電（ESD）保護(hù)二極管在小表面貼裝裝置（SMD）塑料封裝，旨在保護(hù)一個信號線免受ESD和其他瞬態(tài)造成的損害。
! a9 I: |: X. W8 w- S　　一條線的雙向ESD保護(hù)
4 R( Z5 m) P% e' @7 K. a　　ESD保護(hù)高達(dá)30 kV
　　非常低的二極管電容：CG＝11 PF
　　IEC 610004-2；4級（ESD）
　　最大峰值脈沖功率：PP＝45 W
　　IEC 610004-5（喘振）；IPP= 4.8A
　　低箝位電壓：VCL＝12.5 V
　　AEC-Q101合格
　　超低漏電流：LRM＜1 nA

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