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电子知识

单向ESD保护器和双向ESD保护器的区别

作者:admin        发布时间:11-16        点击:
摘要 : 大家都知道,一个物体与另一个物体接触或摩擦会产生电荷并积累,就比如我们的皮肤在经常与物体接触和摩擦中失去电子,从而积累正电荷。当积累了很多的正电荷之后,这时如果与一个导体接触或距离非常近时,电子就会从导体快速转移到我们的身体上
大家都知道,一个物体与另一个物体接触或摩擦会产生电荷并积累,就比如我们的皮肤在经常与物体接触和摩擦中失去电子,从而积累正电荷。当积累了很多的正电荷之后,这时如果与一个导体接触或距离非常近时,电子就会从导体快速转移到我们的身体上,电子快速转移的过程就被称为静电释放,简称ESD(Electro-Static discharge)。

ESD是20世纪中期以来形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科。因此,国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD,中文名称为静电阻抗器。

一般而言,ESD可能会高达上千伏特,这会对比较敏感的半导体和集成电路造成损害。ESD在集成电路系统中对裸露在外的接口有非常重要的作用,当带有电荷的物体比如人类靠近或者接触这些接口的时候,ESD电流会释放在PCB上,这很容易对电路造成损害。

为了防止系统损伤,我们可以在靠近接口的位置放置一个ESD保护二极管。当ESD静电打上接口时,ESD保护二极管会将电流引向地,从而起到保护系统的作用。


ESD保护器

如图所示,在接口信号向系统传输的过程中,ESD保护二极管应该处于隐形状态,并且没有电流流过。然而,当一个ESD攻击事件发生时,二极管两端的电压超过一个称为击穿电压的特定阈值,二极管开始导通,并将电流分流到地。

ESD保护器参数

让我们仔细观察一下这个电流电压曲线,我们定义当二极管流过的电流为1毫安时,二极管达到击穿电压,当输入的电压小于二极管的击穿电压时,理想情况下二极管流过的电流应当为零。然而在现实世界中,一定量的电流泄露是必然存在的,如图中所示。

在TI的设计语言中,我们将Vrwm称为工作电压,定义为电流10纳安的点、这个工作电压值可以理解为建议的最大电压信号浮值,所以在一般设计中,我们会建议系统的信号不要超过Vrwm。例如,如果你的信号范围是0至3.6伏,您应该选择一个Vrwm在3.6伏以上的二极管。如果你选择的二极管工作电压小于3.6伏,就容易发生电流泄露的情况。

ESD二极管通常有两种极性: 双向和单向双向二极管通常有正负对称的I-V曲线,工作电压和击穿电压。正因为如此,双向二极管可以支持在它正负工作电压范围内的正负信号。另一方面单相ESD二极管一旦出现负压,则会被击穿。所以对于单向ESD二极管而言,它仅能支持正向的0至工作电压区间的信号。不过单向ESD二极管反向钳位的电压更小,可以提供更好的负压保护。


ESD保护器

总结而言,双向ESD保护器和单向ESD保护器都可以提供正负ESD电压保护。但是双向ESD保护器由于具有对称的正负击穿电压,可以通过正负信号。而单向ESD二极管只可以通过正向信号,适用的接口比如USB HDMI以及一些其他的数字接口,不过相比双向而言单向ESD二极管对于负压的保护更好。