用于确保信号完整性的ESD保护器件新结构

　从图2对1.65Gbit/s数据率信号的眼图测量中，比较左上角采用0.6pF电容的ESD保护器件测得的眼图与右下角未使用ESD保护器件测得的眼图可见，ESD保护器件的电容越低，对信号质量退化的影响越小。图2中左下角和右上角显示了ESD保护器件的电容分别是2.5pF和3.5pF时眼图质量变差的情形。

　　降低ESD保护器件电容的新结构和材料

　　为了克服传统ESD保护二极管的局限，多年前安森美半导体已经采用突破性的工艺技术，将超低电容PIN二极管和大功率TVS二极管集成在单个裸片上，从而实现高性能片外ESD保护解决方案。这种集成型ESD保护技术既保留了传统硅TVS二极管技术的良好钳位和低泄漏性能，又将电容大幅降低至0.5pF。0.5pF的总电容使ESD保护器件适用于USB2.0高速(480Mbit/s)和高清多媒体接口(HDMI)(1.65Gbit/s)等高速应用。

然而，目前HDMI接口已经发展至1.3版本，其速率已经远远高于最初版本规定的速率。为了进一步满足高速数据接口对ESD保护器件的新要求，日本Tateyama Kagaku工业股份有限公司提出了一种具有0.2pF(±0.1pF)超低电容的ESD保护器件的结构，如图3所示。

　　这种结构的独特之处在于采用了铝基厚膜片，从而制成具有很高机械强度的薄膜结构。此外，因为采用了薄膜丝印电容制作工艺，可以实现超低的电容。

　　另一方面，Littlefuse公司提出了一种绝缘的压变材料(VVM)，当遇到ESD瞬间冲击时，VVM变为导通并把冲击旁路到地。在ESD被消耗之后，该材料恢复绝缘状态。其核心技术在于采用了聚合体混合材料，把金属离子和半导体粒子在电容的两个电极之间混合，从而创造极低的电容值，如图4所示。

　　Littlefuse提供的基于VVM材料的PulseGuard ESD抑制器件的特点在于，一方面对ESD敏感的IC提供可靠的钳位保护，另一方面提供低至0.05pF的超低电容。这是现今业内宣称最低的ESD保护器件的电容值。