专家详解便携设备ESD保护应用方案

      在这几种外部保护元件中，TVS元件的大电流导电率极佳，且在重复应力条件下仍能维持优异性能，不存在压敏电阻或聚合物等其它保护元件使用增多后会出现性能下降的问题，而且新的ESD元件具有极低的电容，非常适合高速数据线路的ESD保护。而越是高速的应用，越是要求ESD保护元件具有更低的电容及更低的钳位电压。

图1：安森美半导体集成硅ESD保护元件拥有比竞争器件更优的钳位电压性能。

      电子系统必须能够在IEC 61000-4-2标准测试条件下存续。为了对上述几种外部ESD保护元件进行更加直接的比较，对压敏电阻、聚合物、安森美半导体半导体硅保护元件及性能最接近的硅竞争器件，首先施以IEC 61000-4-2 ±8 kV ESD接触放电脉冲，并通过示波器截取其ESD钳位电压波形进行比较，可以发现安森美半导体的硅ESD保护元件拥有低得多的钳位电压，不仅优于压敏电阻和聚合物等无源元件，更优于性能最接近的硅竞争器件，参见图1 。

       此外，便携设备可能遭受多次的ESD电压应力，这在中国北方地区表现得犹为显眼。因为，外部保护元件在多种ESD应力条件的性能犹为重要，直接决定着便携产品的可靠性。因此，同样可以对压敏电阻、聚合物和硅ESD二极管等保护元件在Tesec直流测试条件下测试，每个元件都施以总计2,000次的15 kV接触放电ESD脉冲(正向及负向各1,000次)，每两次脉冲的时间间隔为0.1秒。表2所示的测试结果显示，安森美半导体的硅集成ESD保护元件在多重应力条件下仍然维持极佳的性能，而竞争器件要么损坏，要么性能退化较严重。

表2：Tesec直流测试条件下不同ESD外部保护元件在多重应力后的性能比较。

安森美半导体高性能ESD外部保护元件概览

       如表1所示，安森美半导体为便携设备的大功率、高速和极高速等应用领域均提供一系列的高性能硅ESD保护元件，满足不同应用需求。其中，安森美半导体的ESD11L、ESD11N、NUP4016(用于极高速应用)，ESD11B、NUP4xxxP5(用于高速应用)更是当今业界领先的产品。

        例如，NUP4016具备每条I/O线路0.5 pF的超低电容，非常适用于保护通用串行总线(USB) 2.0高速(480 Mbps)和高清多媒体接口(HDMI) (1.65 Gbps)等高速接口。ESD11L5.0D将安森美半导体的超低电容技术集成至3引脚封装中，以0.5 pF电容保护两条高速数据线路，为设计人员提供保护USB 2.0端口的D+和D-线路的单个器件解决方案；ESD11L5.0D也能够连接阴极至阴极，以0.25 pF电容保护单条双向线路，非常适用于保护高频射频(RF)天线线路。

       NUP4016和ESD11L5.0D都能在数纳秒时间内将15千伏(kV)输入ESD波形钳位至不足8伏(V)，为当今对ESD敏感的集成电路(IC)提供最高保护水平。这些硅器件没有无源技术的磨损问题，在经过多次浪涌事件如ESD等后，可靠性和性能都不受影响。