在便携应用中采用TVS二极管进行ESD保护.pdf

《在便携应用中采用TVS二极管进行ESD保护.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、在便携应用中采用TVS二极管进行ESD保护静电放电(ESD)是指两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电感应而引起的两物体间静电电荷的转移。当静电能量达到一定程度后，击穿其间介质而进行放电的现象。因此，ESD保护无处不在，而ESD过压保护则成为各种电子设备设计的基本要求。最新的无线手持产品大多数都配备了高速数据接口、高分辨率LCD屏幕和相机模块，甚至有些手机还具备接收电视节目的功能。虽然增加了很多新的功能，但手机尺寸仍在持续变薄变小。众多功能汇聚在一个狭小空间内，同时主要集成电路很多采用较先进工艺制造，导致手机设计中的ESD问题变得更加严重。它可能会造成手机工作异常、死机，甚至

2、会损伤手机。而这些问题必须在手机设计的最初阶段解决。手机中的ESD保护部分这里以手机为例。手机中需要进行ESD防护的部位有：1)SIM卡接口电路；2)键盘电路；3)耳机和话筒电路；4)数据及USB端口；5)电源口；6)彩色LCD驱动端口及LCD背光电路。ESD在设计中的选择ESD保护在设计中应该兼顾性能和成本。要注意以下几个原则：1)保护电路响应速度要快—IEC61000-4-2波形的上升沿只有1ns。2)能应付大的瞬态电流。3)考虑瞬态电压在正负极性两个方向发生。4)对信号增加的电容负载效应和电阻损耗效应控制在允许范围内。5)考虑体积因素以适应轻巧的便携式设备。6)产品成本因素。图

3、1：手机中需要进行ESD防护的部位。ESD保护在实现上基本有两种方式：IC内部的保护和IC外部的保护。前者虽然可以增加靠性，而且因不需要外部的保护而比较简单；但同样，也会增大硅片面积，同时，因为硅片中寄生电容和寄生电阻的存在，会引起信号之间的相互串扰。所以，现在外部的ESD保护方案应用得越来越广泛。外部ESD保护电路包括压敏电阻、聚合物电阻、TVS雪崩二极管、肖特基二极管、磁珠/LC滤波器等。其中TVS雪崩管以其卓越的钳位功能、极低的击穿电压，极小的封装，电气特性在生命周期内比较稳定而得到越来越广泛的应用。它最显著的特点一是反应迅速，使瞬时脉冲在没有对线路或器件造成损伤之前就被有效地

4、遏制，二是截止电压比较低，更适用于电池供电的低电压回路环境。另外对TVS二极管设计的改进使其具有更低的漏电流和结电容，因而在处理高速率传导回路的静电冲击时有更理想的性能表现。图二是英联电子科技有限公司的UESD54B对IEC614000-4-2ESD波形的抑制特性。从图2中可以看出，当一个浪涌电流的冲击时，具有良好钳位功能的TVS管在1ns时间内就可以将瞬态电压抑制到10.9V以下，从而使芯片的I/O口免受冲击而损伤。而且它的电特性在ESD/浪涌冲击之后没有变化，所以寿命会比较长。图2：英联电子的UESD54B对IEC614000-4-2ESD波形的抑制特性。TVS二极管的优势TVS

5、与齐纳二极管：与传统的齐纳二极管相比，TVS二极管P/N结面积更大，这一结构上的改进使TVS具有更强的高压承受能力，同时也降低了电压截止率，因而对于保护手持设备低工作电压回路的安全具有更好效果。图3：TVS二极管具有更好的电压截止因子。TVS与陶瓷电容：很多设计人员愿意采用表面贴装的陶瓷电容作ESD保护，不但便宜而且设计简便，但这类器件对高压的承受力却比较弱。5kV的冲击会造成约10%陶瓷电容失效，到10kV时，损坏率达到60%，而TVS可以承受15kV电压。在手持设备的使用过程中，由于与人体频繁接触，各个端口必须至少能够承受8kV接触冲击(IEC61000-4-2标准)，可见使用T

6、VS可以有效保证最终产品的合格率。图4：UM5024TVS二极管非常适合USB等高速信号应用。TVS与MLV：多层金属氧化物结构器件(MLV)也可以进行有效的瞬时高压冲击抑制，此类器件具有非线性电压-电流(阻抗表现)关系，截止电压可达最初中止电压的2～3倍，这种特性适合用于对电压不太敏感的线路和器件的保护，如电源回路。而TVS二极管具有更好的电压截止因子(图三)，同时还具有较低的电容，这一点对于手持设备的高频端口非常重要，因为过高的电容会影响数据传输，造成失真或是降级。TVS二极管的各种表面封装均适合流水线装配的要求，而且芯片结构便于集成其它的功能，如EMI和RFI过滤保护等，可有效

7、降低器件成本，优化整体设计。另一个不能忽略的特点是二极管可以很方便地与其它器件集成在一个芯片上，现有很多将EMI过滤和RFI防护等功能与TVS集成在一起的器件，不但减少设计所采用的器件数目降低成本，而且也避免PCB板上布线时易诱发的伴生自感。TVS工作原理处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法是将瞬时电流从敏感器件引开。TVS二极管在线路板上与被保护线路并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS二极管便发生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电