如何精准挑选 ESD 二极管

在电子产品测试领域，严格遵循 IEC61000 - 4 - 2 等标准是确保产品质量与安全性的关键所在。系统设计师为使产品契合主流 ESD 标准，会从多方面着手，像是精心规划外壳设计、优化电路板布局、审慎挑选元件，甚至借助软件修复手段。而在众多举措中，于输入和输出（I/O）连接器等关键电路节点安置保护元件，无疑是极为重要的一环。其中，ESD 二极管作为常用的保护元件，也常被称为瞬态电压抑制器（TVS）。

一、ESD 二极管的静电保护机制与应用准则

众多集成电路（IC）的输入端口往往较为敏感，一旦输入电压远超正常范围，例如遭遇 ESD 应力冲击时，便极易遭受损坏。正常工作电压与致使器件开始受损的电压之间存在一个特定区域，即安全过压区。不过，安全过压区与器件受损区会稍有重叠，这是因为即便电压不在安全过压区内，只要较大的过压持续时间极短，器件仍有一定承受能力。

ESD 二极管的核心任务在于静电事件突发时，将输入电压牢牢控制在安全过压范围之内，同时在正常工作状态下，绝不能对系统性能产生丝毫影响。ESD 二极管通常被安置在静电事件可能侵入系统的关键部位，其目的在于有效限制敏感节点的电压，并将电流导向相对不敏感的节点，比如地电平。为达成这一目标，ESD 二极管需在正常工作电压区间呈现高阻抗特性，以减少泄漏电流；而在正常工作电压范围之外，则要迅速切换为低阻抗状态，从而将电流径直从敏感节点疏导开来，并对瞬态电压加以限制。

针对 ESD 二极管的基本要求会因具体应用场景而有所差异，但总体而言，通常涵盖以下几个方面：

（一）能在预期的静电应力环境下稳定运行

这要求 ESD 二极管具备足够的耐压能力与抗静电冲击能力，确保在电子产品可能遭遇的静电环境中，能够有效发挥保护作用，避免自身损坏或失效。

（二）在正常电压范围内保持高阻抗（低泄漏）

在正常工作时，ESD 二极管应如同开路一般，仅有极低的泄漏电流，这样才能保证系统的正常运行不受干扰，维持系统的稳定性与可靠性。

（三）在正常电压范围外呈现低阻抗

当静电事件发生，电压超出正常范围时，ESD 二极管需迅速转变为低阻抗通路，为瞬态电流提供泄放渠道，将电压钳制在安全水平，防止过高电压对后续电路造成损害。

（四）导通电压适配应用需求

导通电压的选择至关重要，它需依据被保护电路的正常工作电压范围来确定。若导通电压过高，可能导致在静电冲击时无法及时导通，无法有效保护电路；若导通电压过低，则可能在正常工作电压下就误触发导通，影响系统正常运行。

（五）在承受应力期间可快速从高阻抗切换至低阻抗

ESD 事件往往瞬间发生，持续时间极短，因此 ESD 二极管必须具备快速响应能力，能够在极短时间内完成阻抗状态的切换，及时对瞬态电压进行抑制，确保电路安全。

（六）电容对目标应用而言不过高

在一些高频信号传输或对电容敏感的电路应用中，ESD 二极管的电容值不能过大，否则可能会对信号产生衰减、失真等不良影响，影响系统的整体性能。

二、ESD 二极管器件的分类剖析

在深入探究具体的 TVS 器件类型之前，有必要先明晰两种重要的分类方式。

（一）单向与双向保护

单向和双向 ESD 二极管器件均具备抑制正向和负向应力的能力。而要透彻理解这两种类型的差异，关键在于 ESD 二极管维持高阻抗、低泄漏状态的电压范围，因为这一范围直接决定了 ESD 器件所能保护的电路节点类型。

双向 ESD 二极管具有相对于零伏电压完全对称的特性。这使得它在保护电压基于零伏对称分布或双向变化的电路节点时表现出色。例如，在一些差分信号传输线路中，信号电压在零伏上下对称波动，双向 ESD 二极管就能很好地对其进行保护。

单向 ESD 二极管产品则呈现出相对零伏电压不对称的特性。它特别适用于保护电压极性始终保持一致的电路节点，比如常见的 0 到 5 伏单极性电压电路。在这类电路中，单向 ESD 二极管能够精准地针对特定极性的电压异常进行防护，有效阻止过高电压对电路元件的损害。

（二）电压箝位与消弧

电压箝位器件的工作原理是在低电压时呈现高阻抗状态，而一旦电压升高至导通电压之上，便迅速切换为低阻抗，并且整个过程不存在负阻抗区域。其工作方式类似于一个智能开关，当电压超过设定的导通阈值时，立即开启低阻抗通道，将高于导通电压的部分有效钳制住，通过提供接地的低阻抗路径，确保电压不会继续攀升，从而保护后端电路免受过高电压的冲击。

消弧（crowbar）器件在低电压时同样保持高阻抗，但当电压升高到一定程度时，会触发一种全新的导通机制。此时，电流会急剧增大，同时伴随着电压的显著下降，这就形成了所谓的负阻抗区域。某些消弧器件的触发电压可能相对较高，但只要其触发速度足够迅捷，即便电压已经攀升至可能对器件造成损坏的危险电平，依然能够及时启动保护机制。由于消弧器件在工作过程中电压会骤然下降，所以有时也被形象地称作 “骤回” 器件。这种特性使得消弧器件在一些特定的电路场景中，能够发挥独特的保护作用，有效应对瞬间出现的高电压尖峰脉冲，保障电路的稳定性与安全性。

佳讯ESD选型表

佳讯ESD静电保护二极管选型表

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审核编辑 黄宇