如何在便携应用中采用TVS二极管进行ESD保护

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。