便攜式設(shè)備的ESD保護十分重要，而TVS二極管是一種十分有效的保護器件，與其它器件相比有其獨特的優(yōu)勢，但在應(yīng)用時應(yīng)當(dāng)針對不同的保護對象來選用器件，因為不同的端口可能受到的靜電沖擊有所不同，不同器件要求的保護程度也有不同。要注意相應(yīng)的參數(shù)鑒別以及各個生產(chǎn)商的不同設(shè)計，同時還要進行合理的PCB布局。本文介紹在便攜式設(shè)備的ESD保護中如何應(yīng)用TVS二極管器件。

便攜式設(shè)備如筆記本電腦、手機、PDA、MP3播放器等，由于頻繁與人體接觸極易受到靜電放電(ESD)的沖擊，如果沒有選擇合適的保護器件，可能會造成機器性能不穩(wěn)定，或者損壞。更壞的情況是查不出確切的原因，使用戶誤認為是產(chǎn)品質(zhì)量問題而損壞企業(yè)信譽。

一般情況下，對此類設(shè)備暴露在外面可能與人體接觸的端口都要求進行防靜電保護，如鍵盤、電源接口、數(shù)據(jù)口、I/O口等等�，F(xiàn)在比較通用的ESD標(biāo)準(zhǔn)是IEC61000-4-2，應(yīng)用人體靜電模式，測試電壓的范圍為2kV～15kV(空氣放電)，峰值電流最高為20A/ns，整個脈沖持續(xù)時間不超過60ns。在這樣的脈沖下所產(chǎn)生的能量總共不超過幾百個微焦?fàn)�，但卻足以損壞敏感元器件。

便攜式設(shè)備所采用的IC器件大多是高集成度、小體積產(chǎn)品，精密的加工工藝使硅晶氧化層非常薄，因而更易擊穿，有的在20V左右就會受到損傷。傳統(tǒng)的保護方法已不再普遍適用，有的甚至還會造成對設(shè)備性能的干擾。

TVS二極管的特點

可用于便攜式設(shè)備的ESD保護器件有很多，例如設(shè)計人員可用分立器件搭建保護回路，但由于便攜設(shè)備對于空間的限定以及避免回路自感，這種方法已逐漸被更加集成化的器件所替代。多層金屬氧化物器件、陶瓷電容還有二極管都可以有效地進行防護，它們的特性及表現(xiàn)各有不同，TVS二極管在此類應(yīng)用中的獨特表現(xiàn)為其贏得了越來越大的市場。

TVS二極管最顯著的特點一是反應(yīng)迅速，使瞬時脈沖在沒有對線路或器件造成損傷之前就被有效地遏制，二是截止電壓比較低，更適用于電池供電的低電壓回路環(huán)境。另外對TVS二極管設(shè)計的改進使其具有更低的漏電流和結(jié)電容，因而在處理高速率傳導(dǎo)回路的靜電沖擊時有更理想的性能表現(xiàn)(圖1)。

TVS二極管的優(yōu)勢

TVS與齊納二極管：與傳統(tǒng)的齊納二極管相比，TVS二極管P/N結(jié)面積更大，這一結(jié)構(gòu)上的改進使TVS具有更強的高壓承受能力，同時也降低了電壓截止率，因而對于保護手持設(shè)備低工作電壓回路的安全具有更好效果。

TVS與陶瓷電容：很多設(shè)計人員愿意采用表面貼裝的陶瓷電容作ESD保護，不但便宜而且設(shè)計簡便，但這類器件對高壓的承受力卻比較弱。5kV的沖擊會造成約10%陶瓷電容失效，到10kV時，損壞率達到60%，而TVS可以承受15kV電壓。在手持設(shè)備的使用過程中，由于與人體頻繁接觸，各個端口必須至少能夠承受8kV接觸沖擊(IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn))，可見使用TVS可以有效保證最終產(chǎn)品的合格率。

TVS與MLV：多層金屬氧化物結(jié)構(gòu)器件(MLV)也可以進行有效的瞬時高壓沖擊抑制，此類器件具有非線性電壓-電流(阻抗表現(xiàn))關(guān)系，截止電壓可達最初中止電壓的2～3倍，這種特性適合用于對電壓不太敏感的線路和器件的保護，如電源回路。而TVS二極管具有更好的電壓截止因子(圖2)，同時還具有較低的電容，這一點對于手持設(shè)備的高頻端口非常重要，因為過高的電容會影響數(shù)據(jù)傳輸，造成失真或是降級。TVS二極管的各種表面封裝均適合流水線裝配的要求，而且芯片結(jié)構(gòu)便于集成其它的功能，如EMI和RFI過濾保護等，可有效降低器件成本，優(yōu)化整體設(shè)計。

另一個不能忽略的特點是二極管可以很方便地與其它器件集成在一個芯片上，現(xiàn)有很多將EMI過濾和RFI防護等功能與TVS集成在一起的器件，不但減少設(shè)計所采用的器件數(shù)目降低成本，而且也避免PCB板上布線時易誘發(fā)的伴生自感。

TVS相關(guān)參數(shù)

處理瞬時脈沖對器件損害的最好辦法是將瞬時電流從敏感器件引開。TVS二極管在線路板上是與被保護線路并聯(lián)的，當(dāng)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(jié)果是瞬時電流通過二極管被引開，避開被保護器件，并且在電壓回復(fù)正常值之前使被保護回路一直保持截止電壓。當(dāng)瞬時脈沖結(jié)束以后，TVS二極管自動回復(fù)高阻狀態(tài)，整個回路進入正常電壓。許多器件在承受多次沖擊后，其參數(shù)及性能會發(fā)生降級變化，而只要工作在限定范圍內(nèi)，二極管是不會發(fā)生損壞或降級的。

從以上過程可以看出，在選擇TVS二極管時，必須注意以下幾個參數(shù)的選擇(圖3)：

1．為了滿足IEC61000-4-2國際標(biāo)準(zhǔn)，TVS二極管必須達到可以處理最小8kV(接觸)和15kV(空氣)的ESD沖擊，有的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商在自己的產(chǎn)品上使用了更高的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)。對于某些有特殊要求的便攜設(shè)備應(yīng)用，設(shè)計者可以按需要挑選器件。
2．Vwm這是二極管在正常狀態(tài)時可承受的電壓，此電壓應(yīng)大