ESD代表“静电放电”。ESD是20世纪中叶形成的一门学科，主要研究静电的产生、危害和防护。因此，上将用于静电防护的设备统称为ESD，中文名称习惯上指静电电阻器。
TVS瞬态电压抑制二极管，又称瞬态抑制二极管，是电路中常用的一种新型高效电路保护器件，具有非常快的响应时间和相当高的浪涌吸收能力。当两端受到瞬时高能量冲击时，TVS以极高的速度使两端之间的阻抗值从高阻变为低阻，吸收瞬时大电流，钳位两端电压。该值旨在保护后续电路组件免受瞬态高压尖峰的影响。
什么是静电放电？
众所周知，物体会通过与其他物体的接触和摩擦来产生和积累电荷。例如，人体皮肤在与物体接触和摩擦时经常会失去电子，从而积聚正电荷。当积聚大量正电荷的物体非常接近或接触导体时，电子从导体快速移动到积聚正电荷的物体。这种快速电子转移的过程就是静电放电（ESD）。用英语。如果您在干燥的天气里脱下外套并抓住金属门把手，我相信您知道什么是ESD。
通常，ESD可以达到数千伏，这可能会损坏敏感的半导体和集成电路。ESD在集成电路系统的露接口中起着非常重要的作用，当人体等带电物体接近或接触这些接口时，ESD电流会释放到PCB中，很容易损坏电路。
可以将ESD保护二极管放置在靠近接口的位置，以防止系统损坏。如果ESD静电接触到接口，ESD保护二极管会通过将电流引导至接地来保护系统。
如图所示，ESD保护二极管必须是不可见的，并且在向系统传输接口信号时不传导电流。然而，当发生ESD攻击并且二极管两端的电压超过称为击穿电压的特定阈值时，二极管开始导通并且电流被分流到地。
更详细地看这个电流-电压曲线，定义了当流过二极管的电流为1mA时，二极管达到其击穿电压，而当输入电压小于二极管的击穿电压时，流过二极管的电流理想情况下，二极管应为0。然而，在现实世界中，必然存在一些漏电流，如图所示。在TI的设计语言中，我们将Vrwm称为工作电压，其定义为电流为10纳安时的点。这个工作电压值可以理解为推荐的最大电压信号浮动值，因此对于典型设计我们建议系统信号不得超过Vrwm。例如，如果您的信号范围为0至36V，则应选择Vrwm为36V或更高的二极管。如果所选二极管工作在36V以下的电压下，很容易出现漏电流。
ESD二极管一般有双向和单向两种极性，双向二极管通常具有正负对称的I-V曲线、工作电压和击穿电压。这使得双向二极管能够在其正负工作电压范围内支持正负信号。另一方面，单相ESD二极管在出现负电压时会击穿。因此，单向ESD二极管只能支持从0到工作电压范围的正向信号。然而，单向ESD二极管的反向钳位电压较小，可以提供更好的负电压保护。
总之，双向和单向ESD二极管都可以提供正负ESD电压的保护。然而，双向ESD二极管具有对称的正负击穿电压，因此它们可以传递正负信号。单向ESD二极管只能传递正向信号，适用于USB、HDMI等数字接口，但单向ESD二极管比双向二极管具有更好的负电压保护能力。
IEC61000-4-2标准
几乎所有模拟和数字芯片都在其数据表中列出了该材料的ESD数据。设计人员经常查阅这些数据，并错误地认为这些芯片在日常使用中可以免受ESD损坏。然而，如果您了解ESD测量标准，您就会意识到典型芯片的ESD级别不一定能够完全保护电路。
让我们看一下数据表中提供的ESD模型。第一个是人体模型(HBM)，用于模拟带静电的人体如何接触工厂环境中的接地设备。HBM波形显示为绿线。值得一提的是，HBM标准衡量的是芯片在生产、组装和运输过程中是否能够免受ESD损坏，并不适用于日常使用场景。
第二个介绍是称为CDM的充电设备模型，它模拟带静电设备接触电路时发生的情况。CDM的模拟波形显示为蓝线。CDM在不到20ns的时间内具有非常高的电流。脉冲。与HBM一样，CDM旨在测量芯片生产和制造过程中可能出现的ESD，并不适合日常使用场景。
我们将介绍的下一个标准是IEC61000-4-2模型，它是为日常使用而设计的标准，与HBM、CDM不同，它有助于衡量芯片是否能够保护自身免受ESD损坏。每天都会被曝光。它使用更高的电流脉冲，持续时间更长，如红色波形所示。
IEC61000-4-2标准有四个级别最高等级为4级，采用8kV接触放电和15kV空气放电。这意味着该接口芯片可以防护8kV接触放电和15kV空气放电。损坏的。
如果您的芯片没有达到这个水平，在您的电路中添加我们的ESD保护芯片可以帮助您达到这个或更高的保护水平。
ESD二极管钳位电压
人们普遍对IEC标准存在误解。这里我们以IECLevel4为例。当datasheet提到这个ESD二极管可以达到8000V接触放电和15kV空气放电时，我们是说ESD二极管本身可以承受8000V和15kVESD冲击，并不意味着系统电路也可以承受。ESD二极管的钳位电压可以帮助量化系统在承受ESD冲击时所产生的影响。
如图所示，我们的ESD保护二极管放置在与保护电路平行的位置，钳位电压的含义是指当系统受到该级别的ESD冲击时，系统SE必须承受的冲击电压值。该图显示了系统中由于8kVIEC脉冲而导致的脉冲电压随时间的变化。红色波形表示没有ESD二极管的信息，通过添加ESD保护二极管，如果ESD冲击进入系统，ESD二极管将立即击穿，提供低阻抗路径将电流引导至地。无论哪种情况，由于阻抗的原因，ESD保护二极管上仍然会存在一些压降，并且该压降将并行映射到系统电路。
蓝色波形代表钳位波形，了解钳位电压的方法是观察ESD二极管的传输线性脉冲曲线，简称TLP曲线。
TLP曲线提供了二极管电压和电流之间的关系，并且可以根据给定的输入电流推导出钳位电压。例如，如果ESD二极管放电电流为1A，则钳位电压约为84V，如果放电电流为27A，则钳位电压将为9V，如果放电电流为58A，则钳位电压将为10V，等等。您现在可以粗略估计系统在浪涌期间可以承受的钳位电压。对于8000V的IECESD冲击，您只需查看TLP曲线上的16A点，对于该二极管，钳位电压约为134V。
TLP曲线的斜率对于了解二极管保护的质量非常重要。例如，绿色曲线代表另一个ESD保护二极管。较高的斜率意味着响应电流的钳位电压较低。根据欧姆定律，这条曲线的斜率就是动态电阻1/Rdul。因此，在关注钳位电压时，选择动态电阻较小的ESD保护二极管也会导致钳位电压较小。
ESD电容及其对系统的重要性
ESD保护二极管的主要功能是在发生ESD冲击时通过向地发送电流来保护系统。然而，当系统正常运行时，该ESD二极管必须完全位于视线之外。事实上，情况并非如此，因为二极管具有干扰信号完整性的寄生电容。
回顾一下原理知识，二极管是由包含正掺杂P区和阴极掺杂N区的PN节点组成，PN节点中心有一个高阻耗尽层。掺杂区域具有相对较低的电阻，如电容器的板，而耗尽区域具有高电阻，如电容器的电介质。因此，二极管具有电容特性，可以认为是一个电容器，如果二极管的寄生电容太大，通过它的信号的上升和下降时间就会很长，可能会损害信号的完整性。
例如，对于一些高速接口如USB30或HDMI20，眼图测试是确保接口符合标准的必要测试。但随着电容值的增大，信号的上升和下降时间也随之增加，从而蒙蔽了眼睛，使信号失真，无法满足信号标准要求。
那么选择ESD二极管时应该选择什么类型的电容呢？每个设计都有自己的电容预算，因此任何接口都没有最大ESD电容要求。不过，此表提供了几种常用接口的一般电容器和ESD选择建议。
如何选择ESD二极管
ESD保护的第一步是通过量化接口电压范围来确定ESD二极管的工作电压，第二步是选择极性单向或双向二极管，第三步是二极管是否能够在不受干扰的情况下工作。决定。为了实现二极管信号完整性可实现的最大电容，第四步是确定保护系统IC的钳位电压。最后一步是确定ESD是否符合IEC61000-4-24级8kV。接触放电和15kV空气放电。
让我们看一个使用USB20的简单示例。我选择了USB20开关和电池充电器，但两者都需要ESD保护，因为它们放置在对ESD冲击敏感的USB插座旁边。第一步是确定接口的电压范围。对于USB20，Vbus可以达到5V，因此可以确定您应该选择的ESD保护二极管应该具有5V或稍高的工作电压。5伏或以上。正常工作时，D+和D-负责传输0至36V的支路信号幅度。因此，我会选择工作电压为36V或更高的ESD保护二极管。
接下来，我们需要确定ESD二极管的极性配置，在我们想要的应用中，Vbus、D+和D-都是大于或等于0的正向信号，因此我们有单向和双向二极管。选择单向二极管有助于提供更好的负电压保护，而选择双向二极管则可以通过允许您自定义接地和I/O端口的引脚来提供更灵活的设计空间。这同样适用于D+和D-。
接下来，我们需要确定ESD二极管应具有多大的电容。由于Vbus线是直流信号，电容不会影响信号，但对于D+和D-来说，在高速USB中信号速率可以达到480。由于是Mbit，所以必须考虑对电容的影响。最大ESD电容将根据整个系统的总电容预算而变化，但通常建议该接口的电容小于25pF。如果系统中的其他设备具有较高的电容值，则可能需要较小的电容。此处选择二极管。
接下来，让我们看看保护系统所需的钳位电压。在这种情况下，我们需要考虑USB开关和电池充电器可以承受的最大电压浪涌，假设电池电量为
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指示云层中气流的方向-
在陆地上，红色和代表海拔差异，红色代表地势较高，代表相对较低的地区。
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