ESD器件防護原理

1、ESD器件防護原理這里介紹手機中比較常用的TVS管和壓敏電阻。、ESD器件的主要性能參數(shù)1、最大工作電壓（MaxWorkingVoltage）允許長期連續(xù)施加在ESD保護器件兩端的電壓（有效值），在此工作狀態(tài)下ESD器件不導通，保持高阻狀態(tài)，反向漏電流很小。2、擊穿電壓（BreakdownVoltage）ESD器件開始動作（導通）的電壓。一般地，TVS管動作電壓比壓敏電阻低。3、鉗位電壓（ClampingVoltage）ESD器件流過峰值電流時，其兩端呈現(xiàn)的電壓，超過此電壓，可能造成ESD永久性損傷。4、漏電流（LeakageCurrent）在指定的直流電壓（一般指不超過最大工作電壓）的作用下

2、，流過ESD器件的電流。一般地，TVS管的反向漏電流是nA級，壓敏電阻漏電流是uA級，此電流越小，對保護電路影響越小。5、電容（Capacitance）在給定電壓、頻率條件下測得的值，此值越小，對保護電路的信號傳輸影響越小。比如硅半導體TVS管的結電容（pF級），壓敏電阻的寄生電容（nF級）6、響應時間（ResponseTime）指ESD器件對輸入的大電壓鉗制到預定電壓的時間。一般地，TVS管的響應時間是ns級，壓敏電阻是us級，此時間越小，更能有效的保護電路中元器件。7、壽命（ESDPulseWithstanding）TVS技術利用的是半導體的鉗位原理，在經(jīng)受瞬時高壓時，會立即將能量釋放出去

3、，基本上沒有壽命限制；而壓敏電阻采用的是物理吸收原理，因此每經(jīng)過一次ESD事件，材料就會受到一定的物理損傷，形成無法恢復的漏電通道，會隨著使用次數(shù)的增多性能下降，存在壽命限制。、TVS管（硅半導體）瞬態(tài)抑制二極管（TransientVoltageSuppressor）簡稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護器件，利用P-N結的反向擊穿工作原理，將靜電的高壓脈沖導入地，從而保護了電器內部對靜電敏感的元件。以TVS二極管為例：當瞬時電壓超過電路正常工作電壓后，TVS二極管便發(fā)生雪崩，提供給瞬時電流一個超低電阻通路，其結果是瞬時電流通過二極管被引開，避開被保護器件，并且在電壓恢復正常值之前使被保護回

4、路一直保持截止電壓。當瞬時脈沖結束以后，TVS二極管自動回復高阻狀態(tài)，整個回路進入正常電壓°TVS管的失效模式主要是短路，但當通過的過電流太大時，也可能造成TVS管被炸裂而開路。TVS管有單向和雙向兩種，單向TVS管的特性與穩(wěn)壓二極管相似，雙向TVS管的特性相當于兩個穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)，其I-V曲線特性圖見圖1，圖中性能參數(shù)注解： 反向斷態(tài)電壓（截止電壓）VRWM與反向漏電流Ir:反向斷態(tài)電壓（截止電壓）VRWM表示TVS管不導通的最高電壓，在這個電壓下只有很小的反向漏電流IR。 擊穿電壓VBR:TVS管通過規(guī)定的測試電流時的電壓，這是表示TVS管導通的標志電壓。 脈沖峰值電流Ipp

5、：TVS管允許通過的10/1000us波的最大峰值電流（8/20us波的峰值電流約為其5倍左右，8/20us是定義】pp脈沖波電流，請參考下圖2），超過這個電流值就可能造成永久性損壞。在同一個系列中，擊穿電壓越高的管子允許通過的峰值電流越小。 最大箝位電壓Vc：TVS管流過脈沖峰值電流】pp時兩端所呈現(xiàn)的電壓。 正向導通電壓VF：TVS通過正向導通電流1F的壓降。除上述性能參數(shù)外，TVS管還有一個關鍵參數(shù)：P-N結電容Cj。V圖1TVS管I-V曲線特性圖8i2upuls«waveformacccrdintoIEC61000-4-5ESDpulsewavefarmaccordingto

6、IEC61000-4-2圖41090074的電氣特性三、壓敏電阻(MLV/M0V)多層壓敏電阻(MLV)及金屬氧化物壓敏電阻(MOV)利用ZnO等壓敏陶瓷材料的壓敏特性，實現(xiàn)了對靜電的防護，壓敏電阻器的電阻體材料是半導體，當施加于壓敏電阻器兩端電壓小于其壓敏電壓，壓敏電阻器相當于10MQ以上絕緣電阻；當在壓敏電阻器兩端施加大于壓敏電壓的過電壓時，壓敏電阻器的電阻急劇下降呈現(xiàn)低阻態(tài)，從而把電荷快速導走，有效地保護了電路中的其它元器件不致過壓而損壞。壓敏電阻采用的是物理吸收原理，因此每經(jīng)過一次ESD事件，材料就會受到一定的物理損傷，形成無法恢復的漏電通道，會隨著使用次數(shù)的增多性能下降，存在壽命限制

7、問題。壓敏電阻支持雙向保護，它的伏安特性是完全對稱的，見圖5,VW：正常工作電壓(WorkingWltage)。IL:最大Vw工作條件下的漏電電流(LeakageCurrent)。壓敏電阻的失效模式主要是短路，但當通過的過電流太大時，也可能造成閥片被炸裂而開路。V 預擊穿區(qū)(VWVbr):在此區(qū)域內，當施加于壓敏電阻器兩端電壓小于其壓敏電壓，壓敏電阻器相當于10MQ以上絕緣電阻。 擊穿區(qū)(VbrVVWVc):當在壓敏電阻器兩端施加大于壓敏電壓的過電壓時，壓敏電阻器的電阻急劇下降呈現(xiàn)低阻態(tài)，其兩端電壓的微小變化就可引起電流的急劇變化。 上升區(qū)(Vc<V)：當過電壓很大，上升區(qū)電流和電壓幾乎呈線性關系，壓敏電阻在該區(qū)域已經(jīng)惡化，失去了其抑制過電壓、吸收或釋放浪涌能量等特性，甚至造成壓敏電阻永久性的損壞。圖5ZnO等壓敏陶瓷材料的壓敏電阻I-V曲線特性圖四、TVS管和壓敏電阻應用場合通過對TVS管和壓敏電阻的性能對比，根據(jù)各自的優(yōu)點，適合應用場合列下：1、與壓敏電阻比較，TVS管具有響應時間快、鉗位電壓偏差小、結電容小、反向漏電流小和無壽命限制等優(yōu)點，因而較適合于信號質量要求高、線漏電要求小等接口的ESD防護