中心議題：

• ESD基礎知識
• ESD帶來的損壞
• SESD保護器件為高速I/O接口提供保護

便攜設備的持續(xù)小型化與功能提升相結合，使得系統(tǒng)需要更強有力的保護以免受ESD事件引起的損壞。ESD瞬態(tài)事件可能破壞設備的運行或者導致潛在的損害和安全問題。小體積、低電容的SESD器件提供了一種簡單的、高性價比成本效益的解決方案。

智能手機的廣泛興起和其種類繁多的應用、更快的網(wǎng)絡速度、以及更加實惠的數(shù)據(jù)計劃現(xiàn)已經(jīng)使移動社交網(wǎng)絡比桌面社交網(wǎng)絡更加流行。同時，許多便攜設備已經(jīng)演變成小型多功能性的計算設備，已經(jīng)能夠執(zhí)行非常多樣化的任務。

為滿足日益復雜的移動用戶的需求，便攜設備的設計導致更多的輸入/輸出(I/O)互連的集成。更高的電流密度、更小的晶體管幾何形狀、以及有限的用于芯片保護的可用空間都將導致增加電子元件對諸如靜電放電(ESD)等瞬態(tài)電氣過載事件的敏感性。對于這些有高數(shù)據(jù)流的應用，減少這些瞬態(tài)情況的事件的影響以防止現(xiàn)場輸入和設備輸出的數(shù)據(jù)損壞是一種重要的設計考量。

傳統(tǒng)上的ESD保護一般有各種齊納二極管、金屬氧化物可變電阻(MOV)和瞬態(tài)電壓抑制二極管(TVS)。然而，由于USB3.0、HDMI 1.3/1.4、eSATA接口、Display Port和數(shù)字視頻接口(DVI)的高數(shù)據(jù)傳輸速率，傳統(tǒng)保護器件的寄生阻抗可能會扭曲和惡化信號的完整性。

最新一代的硅ESD(SESD)保護器件可在空間受限的便攜式電子產(chǎn)品和手機中提供一種合適的ESD保護解決方案，可以幫助設備通過IEC61000-4–2的第4級測試。這些器件較前一代元件小大約70%。其低電容、低插損和高線性度的電容與頻率比，也有利于最大限度地減少信號衰減。

ESD基本知識

一個ESD事件是在兩個帶有不同靜電電位的物體之間發(fā)生的能量相互傳遞，通過接觸、電離放電或火花放電來完成。材料類型、接觸面積、分離速度、相對濕度和其他因素影響著由摩擦產(chǎn)生的電荷總量。一旦在一種材料中有電荷出現(xiàn)，它就會變成一個“靜電”電荷。這些電荷可能從材料中轉移，激發(fā)ESD事件的發(fā)生。

靜電的主要來源大多數(shù)是絕緣體和典型的合成材料，例如：乙烯樹脂、塑料工作平臺、絕緣鞋、成型的木制椅子、透明粘膠帶、氣泡袋和不直接接地的焊錫烙鐵。

如圖1所示：這是一個典型的ESD的特性曲線。為了模擬此類接觸放電事件，一臺ESD發(fā)生器產(chǎn)生了一個ESD脈沖到正處于測試的器件上。這類測試的特點是極短的上升時間和低于100ns的脈沖持續(xù)時間，是一個低能量的靜電脈沖。這些放電事件產(chǎn)生的電壓水平可能極高，因為它們的電荷是不會輕易通過其表面或向其他物體分散。

圖1、ESD發(fā)生器模擬的典型8KV的ESD脈沖。

最常見的ESD來源有：

• 帶電的人體—— 一個人在走路或者有其他動作的時候則可能帶電，如果人身上的電荷通過一個金屬物體、如一件工具釋放時， ESD的破壞會變得特別嚴重。
• 與地毯摩擦的電纜——如果一條帶電的電纜插入到任何一個帶電觸點時，一次ESD瞬間放電很可能發(fā)生。
• 操作聚乙烯袋—— 電子產(chǎn)品在滑入或者滑出包裝袋或者包裝管槽時，可能會產(chǎn)生靜電電荷，因為設備的外殼和/或金屬引線與容器的表面發(fā)生了多次接觸和分離。

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ESD帶來的損壞

ESD事故的產(chǎn)生和電子設備運行的環(huán)境相關。瞬態(tài)發(fā)生環(huán)境差別很大，在汽車電子系統(tǒng)、機載或船載設備、空間系統(tǒng)、工業(yè)設備或者消費產(chǎn)品中有著實質性的差異。

隨著筆記本電腦、手機和其他移動設備越來越廣泛的應用，用戶在電纜連接和斷開時將有更大可能觸摸到I / O連接器的引腳。在正常工作條件下，觸摸一個暴露的端口或接口，可以導致超過30kV以上靜電的放電。

小尺寸的半導體器件由于不能承受過高的電壓、過高電流或者是兩者的結合而被損壞，過高的電壓可能會導致柵氧化層被擊穿，而過高的電流會造成接合點發(fā)生故障和金屬連線熔化。

SESD保護器件為高速I/O接口提供保護

由于IC制造商已經(jīng)采用了更高頻率I/O接口互聯(lián)，他們繼續(xù)縮減晶體管的最小尺寸、互連及其器件中的二氧化硅(SiO2)絕緣層，這導致了在更低能量水平下發(fā)生擊穿損壞的可能性的增加，使得ESD保護成為首要的設計考慮因素。

基于國際標準IEC61000-4-2，大多數(shù)的電子設備必須滿足抵御最低8kV的接觸放電或者15kV的空氣放電。不幸的是，許多半導體器件無法承受這一級別的靜電沖擊，并可能會造成永久性損壞。為了提高其生存能力，系統(tǒng)中必須設計芯片外的額外保護電路。

在高速I / O接口的ESD保護設計中有兩個主要的設計考慮因素：

• 高速I / O接口的ESD保護電路必須足夠強大，以能夠有效地保護內(nèi)部電路的薄柵氧化層免受ESD沖擊帶來損壞。
• 由于ESD保護器件的寄生效應對高速電路性能降低的影響需要最小化。

分立元件走向小型化的趨勢仍在繼續(xù)，這經(jīng)常給設計師帶來困難和耗時的工程樣機制作和返修挑戰(zhàn)，以及生產(chǎn)工藝的控制問題。TE電路保護部新的SESD器件滿足了高速應用的必然需求，也能夠幫助解決裝配和制造挑戰(zhàn)。

如圖2所示：SESD元件用于轉移具有潛在破壞性的電荷，使其遠離敏感的電路，并幫助保護系統(tǒng)免于故障。通過將硅器件的優(yōu)勢與傳統(tǒng)的表面貼裝技術(SMT)無源器件封裝配置相結合，它們比傳統(tǒng)的半導體封裝的ESD器件更容易安裝和維修。

圖2、SESD器件有助于保護敏感電路免受ESD的損害。

除了它們的小尺寸外，SESD的雙向操作性可以方便地放置到印刷電路板上，沒有方向的約束并消除了極性檢查的需要。不同于在器件底部采用焊盤的傳統(tǒng)ESD二極管，被動元件式的封裝在器件安放在PCB上后，也可以方便地實現(xiàn)焊接檢查。

ChipSESD的8x20?μs 波形的額定浪涌電流為2A，以及額定等級10kV的ESD接觸放電。其低漏電流(最大1.0μA)降低了功耗和快速響應時間(<1ns)可以幫助設備通過IEC61000-4–2標準的第4級測試。4.0pF(0201封裝)和4.5pF(0402封裝)的輸入電容值，使其適合用于保護以下設備：

• 移動電話和便攜式電子設備
• 數(shù)碼相機和攝像機
• 計算機I/O端口
• 鍵盤、低電壓直流電線、揚聲器、耳機和麥克風

小結

便攜設備的持續(xù)小型化與功能提升相結合，使得系統(tǒng)需要更強有力的保護以免受ESD事件引起的損壞。ESD瞬態(tài)事件可能破壞設備的運行或者導致潛在的損害和安全問題。小體積、低電容的SESD器件提供了一種簡單的、高性價比成本效益的解決方案。