ESD保護元件的對比分析及大電流性能鑒定

　　對于電子系統設計人員而言，如果沒(méi)有采取適當的ESD保護措施，所設計的電子產(chǎn)品就會(huì )有遭到損傷的可能。因此，電子系統設計中的一項重要課題便是確保使其能夠承受ESD的沖擊，并繼續正常工作。

　　ESD保護方法

　　為了給電子系統提供ESD保護，可以從不同的角度來(lái)著(zhù)手。一種方法是在半導體芯片內建ESD保護架構。不過(guò)，日趨縮小的CMOS芯片已經(jīng)越來(lái)越不足以承受進(jìn)行內部2 kV等級的ESD保護所需要的面積。安森美半導體標準產(chǎn)品部亞太區市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)副總裁麥滿(mǎn)權指出：真正有效的ESD保護是不能完全集成到CMOS芯片之中的！

　　其次，也可以在物理電路設計方面下功夫，較敏感的電路元件應該盡量遠離通孔或接縫處，如果可能的話(huà)，線(xiàn)纜連接

　　此外，軟件也能夠為ESD設計作出貢獻。系統連接的感測器比較容易受到ESD的沖擊，造成接口電路的鎖住情況，而能夠感測鎖住情況的軟件則可以用來(lái)重置接口電路且無(wú)須操作人員的接入。

　　不過(guò)，總是有部分電路點(diǎn)較為敏感，同時(shí)也很難與外部隔離。因此，最有效的方法是使用保護元件來(lái)將電流導離較敏感的元件。也就是在電子系統的連接器或端口處放置ESD保護元件，使得電流流經(jīng)保護元件，且不流經(jīng)敏感元件，以維持敏感元件的低電壓，使其免受ESD應力影響，進(jìn)入有效控制ESD事件的發(fā)生，如圖1所示。當然，合格的ESD元件必須具有低泄漏和低電容，且在多重應力作用下功能不下降，從而不降低電路的功能。

圖1：典型的ESD保護元件應用電路圖

　　常見(jiàn)ESD保護元件分類(lèi)

　　安森美半導體來(lái)自美國的ESD保護專(zhuān)家Robert Ashton博士說(shuō)，一般而言，ESD保護元件的分類(lèi)可以通過(guò)其保護策略與方向性來(lái)進(jìn)行，主要包括壓敏電阻、聚合物和瞬態(tài)電壓抑 制器(TVS)等，如表1所示。在這幾種保護元件中，壓敏電阻在低電壓時(shí)，呈現出高電阻，其中的每個(gè)小型二極管兩端的電壓都相當低，同時(shí)電流也相當??；而在較高電壓時(shí)，其中的獨立二極管開(kāi)始導通，同時(shí)壓敏電阻的電阻會(huì )下降。從表1中我們也可以看出壓敏電阻為雙向保護元件。而對于帶導電粒子的聚合物而言，在正常電壓下，這些材料擁有相當高的電阻，但當發(fā)生ESD沖擊時(shí)，導電粒子間的小間隙會(huì )成為突波音隙陣列，從而帶來(lái)低電阻路徑。

　　瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)則為采用標準與齊納二極管特性設計的硅芯片元件。TVS元件主要針對能夠以低動(dòng)態(tài)電阻承載大電流的要求進(jìn)行優(yōu)化，由于TVS元件通常采用集成電路(IC)方式生產(chǎn)，因此我們可以看到各種各樣的單向、雙向及以陣列方式排列的單芯片產(chǎn)品?！　　　?

表1：常見(jiàn)ESD保護元件分類(lèi)

　　利用屏幕截圖和TLP進(jìn)行ESD保護元件的大電流性能鑒定

　　Ashton博士說(shuō)在正常工作條件下，ESD保護元件應該保持在不動(dòng)作狀態(tài)，同時(shí)不會(huì )對電子系統的功能造成任何影響，這可以通過(guò)維持低電流以及足以在特定數據傳輸速率下維持數據完整性的低電容值來(lái)達成。而在ESD應力沖擊或者說(shuō)大電流沖擊條件下，ESD保護元件的第一個(gè)要求就是必須能夠正常工作，要有夠低的電阻以便能夠限制受保護點(diǎn)的電壓；其次，必須能夠快速動(dòng)作，這樣才能使上升時(shí)間低于納秒的ESD沖擊上升時(shí)間。

　　眾所周知，對于電子系統而言，它必須能夠在IEC 61000-4-2標準測試條件下存續。雖然大部分的ESD保護元件都宣稱(chēng)能夠承受IEC 61000-4-2所指定的應力沖擊等級，如8 kV或第四級(Class 4)，但業(yè)界卻沒(méi)有公認的ESD保護元件大電流抑制特性測試的合格標準。對此，安森美半導體給出了自己的定義，也就是在