網(wǎng)友共享ESD保護器件分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)分析

目前市面上已經(jīng)存在多種ESD保護器件，但最常用的可分成三大類(lèi)：聚合體、壓敏電阻/抑制器和二極管。選擇合適的ESD保護器件，最大的難點(diǎn)在于如何最容易地明確哪種器件可以提供最大的保護。系統供應商一般是通過(guò)數據手冊上的ESD額定值(或標稱(chēng)值)來(lái)比較ESD保護器件的好壞。事實(shí)上，從這些額定值根本看不出器件保護系統的能力有多強，關(guān)鍵取決于其它二極管參數。

除了保護器件的ESD標稱(chēng)值外，電壓值(箝位電壓)和ASIC端有多大電流(剩余電流)也是關(guān)鍵因素。ESD保護器件功能是通過(guò)將大部分電流短路到地并將ASIC端的電壓“箝位”到低于脈沖電壓的值來(lái)實(shí)現的。

確定箝位電壓和剩余電流不是一項很容易的任務(wù)。在大多數ESD保護數據手冊中引用的箝位電壓(如果手冊中包括這條信息)很容易讓人產(chǎn)生誤解。而數據手冊中從來(lái)沒(méi)有剩余電流這一項，因為它與系統版圖有關(guān)，與器件本身無(wú)關(guān)。而作為替代參數的保護電路的動(dòng)態(tài)電阻(Rdyn)則有助于比較器件，因為具有較低電阻的器件可以分流較大比例的電流。遺憾的是，這個(gè)動(dòng)態(tài)電阻值在保護器件的數據手冊中通常也不見(jiàn)蹤影。

1. 聚合體器件

雖然聚合體器件對高頻應用來(lái)說(shuō)相當有吸引力，因為它們的亞皮法電容值只有0.05~1.0pF，但這么低的電容也會(huì )帶來(lái)一些略微的副作用。與二極管不同的是，聚合體器件要求端電壓達到觸發(fā)電壓時(shí)才擊穿，而這個(gè)觸發(fā)電壓要比箝位電壓高出許多。典型的聚合體ESD器件在500V之前是不會(huì )擊穿的。一旦擊穿后它就會(huì )迅速跳到最高達150V的箝位電壓，當電荷釋放掉后，聚合體將返回高阻狀態(tài)。不過(guò)這一過(guò)程可能要花數小時(shí)甚至一天的時(shí)間，因此它們對消費類(lèi)應用來(lái)說(shuō)沒(méi)有吸引力。這些器件在制造中很難精確表征，其數據手冊通常只包含典型參數值，而不提供最小和最大保證值。另外，由于它們在物理上是屬于柔性器件，因此它們的性能會(huì )隨著(zhù)遭受ESD脈沖數量的增加而下降。

2. 壓敏電阻和抑制器

壓敏電阻和抑制器是非線(xiàn)性的可變電阻。雖然它們相對來(lái)說(shuō)不貴，但抑制器通常具有高觸發(fā)電壓、高箝位電壓和高阻抗特性，從而使得大多數能量會(huì )到達受保護的器件，而不是分流到地。典型的低電容抑制器的箝位電壓范圍在150~500V。低電容抑制器的典型動(dòng)態(tài)電阻是20~40Ω。由于其高阻抗特性，幾乎所有ESD沖擊電流都會(huì )傳遞到“受保護”器件而不是分流到地。

3. 半導體二極管

另外一種ESD保護方法是采用半導體二極管。ESD保護二極管被表征為低箝位電壓、低阻抗、快速導通時(shí)間和更好的可靠性。通常半導體二極管可以提供最好的ESD保護，而且現在的二極管已經(jīng)可以做到1pF的等效電容，因此已經(jīng)成為可靠的ESD保護和良好的信號完整性的最佳選擇。

無(wú)論產(chǎn)品被介紹得多么優(yōu)異，在選擇ESD靜電保護器件時(shí)，仍應該細致地做好實(shí)際的對比，以及運用IEC61000-4-2測試來(lái)做驗證。目前行業(yè)慣例是根據8us上升時(shí)間和20us持續時(shí)間的脈沖公布箝位電壓的，而真正的ESD脈沖應該是1ns上升時(shí)間和60ns的持續時(shí)間。