選擇保護(hù)二極管以保護(hù)高速接口免受 ESD 沖??擊的三個(gè)步驟

ESD（Electro-Static discharge）的意思是“靜電釋放”。ESD是20世紀(jì)中期以來形成的以研究靜電的產(chǎn)生、危害及靜電防護(hù)等的學(xué)科。防止靜電首先要設(shè)法不使靜電產(chǎn)生；對已產(chǎn)生的靜電，應(yīng)盡量限制，使其達(dá)不到危險(xiǎn)的程度。其次使產(chǎn)生的電荷盡快泄漏或中和，從而消除電荷的大量積聚。國際上習(xí)慣將用于靜電防護(hù)的器材統(tǒng)稱為“ESD”，中文名稱為靜電阻抗器或者靜電抑制器。ESD靜電二極管是一種瞬態(tài)過壓、防靜電保護(hù)元件，是為高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的I/O端口保護(hù)設(shè)計(jì)的器件，ESD保護(hù)器件是用來避免電子設(shè)備中的敏感電路受到ESD(靜電放電)的影響?？商峁┓浅５偷碾娙?，具有優(yōu)異的傳輸線脈沖（TLP）測試，以及IEC6100-4-2測試能力。適用于USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天線接口、VGA接口、DVI接口、按鍵電路、SIM卡、耳機(jī)及其他各類數(shù)據(jù)傳輸接口。因此在靜電防護(hù)方案設(shè)計(jì)中使用ESD靜電二極管是最佳的選擇。

USB 和高清多媒體接口 (HDMI) 在過去三年中進(jìn)行了大修，提高了這些協(xié)議的數(shù)據(jù)速率和吞吐量。HDMI 2.0 的數(shù)據(jù)速率已增長到 6Gbps，USB Type-C USB 3.1 Gen 2 的數(shù)據(jù)速率已增長到 10Gbps。數(shù)據(jù)速率的提高可實(shí)現(xiàn)更高分辨率的視頻和更快的數(shù)據(jù)傳輸，但也使得使用這些協(xié)議的系統(tǒng)更難保護(hù)靜電放電 (ESD) 來襲。

為 USB Type-C 和 HDMI 2.0 系統(tǒng)選擇 ESD 保護(hù)二極管需要考慮三件事：

1. 二極管的 I/O 電容。

2. 二極管的鉗位電壓。

3. 器件封裝和占位面積。

曾經(jīng)很難找到適合所有這三個(gè)考慮因素的ESD 保護(hù)二極管，但 TI 的新低電容器件系列可以幫助解決 ESD 保護(hù)挑戰(zhàn)。例如，TPD4E02B04 可以為 USB Type-C 和 HDMI 2.0 系統(tǒng)提供 ESD 保護(hù)，具有低電容、低鉗位電壓和小尺寸/易于布線的封裝。

二極管電容

TPD4E02B04 是一款基于四通道瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 的 ESD 保護(hù)二極管，具有極低的電容。該器件的典型電容為 0.27pF，最大值為 0.37pF。這種低電容支持使用高帶寬二極管，如圖 1 中的插入損耗圖所示。圖 2 和圖 3 顯示 TPD4E02B04 可以通過 HDMI 2.0 眼圖和 USB Type-C USB 3.1 Gen 2眼圖對信號完整性影響很小。

圖 1：TPD4E02B04 差分插入損耗

圖 2：USB 3.1 Gen 2 眼圖（使用 TPD4E02B04）

圖 3：HDMI 2.0 6Gbps TP2 眼圖（使用 TPD4E02B04）

鉗位電壓

選擇具有足夠低電容的 ESD 保護(hù)二極管對于發(fā)送和接收高速信號至關(guān)重要，但如果該器件沒有足夠低的鉗位電壓，它將無法保護(hù)系統(tǒng)免受 ESD 沖擊。TPD4E02B04 在 ESD 沖擊期間支持低鉗位電壓，具有 0.47Ω 的低動(dòng)態(tài)。憑借這種低動(dòng)態(tài)特性，TPD4E02B04 在 5A 傳輸線脈沖 (TLP) 下提供 8.8V 的鉗位電壓，從而在 ESD 事件期間保持系統(tǒng)安全。

封裝和布局

封裝是高速 ESD 保護(hù)的重要考慮因素，便于布局和小尺寸。HDMI 和 USB Type-C 連接器均具有 0.5mm 引腳間距和高引腳密度。重要的是有一個(gè)易于布線且足夠小以適合連接器尺寸的封裝。TPD4E02B04 具有與 HDMI 和 USB Type-C 連接器匹配的 0.5mm 引腳間距。它還具有流通路由，使信號走線能夠直接穿過封裝。

圖 4 和圖 5 顯示了使用 TPD4E02B04 進(jìn)行高速信號保護(hù)的 HDMI 和 USB Type-C 的示例布局。

圖 4：HDMI 2.0 Type-A 發(fā)射器端口布局

圖 5：具有一側(cè) ESD 布局的 USB Type-C 中型安裝混合連接器

因此，在為高速數(shù)據(jù)速率選擇 ESD 時(shí)，請始終考慮電容、鉗位電壓和封裝。這樣做將確保我們的 ESD 保護(hù)解決方案不會(huì)干擾高速信號、可靠地防止 ESD 沖擊并且易于實(shí)施。

ESD靜電二極管具有體積小、無極性、反應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中使用靜電抑制器作為防護(hù)器件的比例越來越多，尤為適用于USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天線接口、VGA接口、DVI接口、按鍵電路、SIM卡、耳機(jī)及其他各類數(shù)據(jù)傳輸接口。且ESD靜電二極管采用可控硅結(jié)構(gòu)，保護(hù)電壓和鉗位電壓較低，產(chǎn)品不易老化，可以很好的保護(hù)被保護(hù)設(shè)備不受損壞，可長期多次使用。