ESD静电保护元件的结构和原理

•上一篇我们聊了ESD的危害和测试标准，这一篇我们聚焦 “防护主力”——ESD保护二极管（又称TVS二极管）。这个看似简单的元器件，到底是如何在瞬间将千伏级静电 “化解于无形” 的？雷卯电子的 ESD 保护二极管又有哪些独特设计？上海雷卯作为ESD行业深耕者，在防静电专用器件上积累了丰富技术沉淀，下面就为你详细拆解。
 

一.从二极管基础到ESD保护专用器件

 

二极管是电子电路的“老熟人”，核心特性是 “单向导电”。但ESD保护二极管和普通二极管（比如整流二极管）有本质区别 —— 它是专为 “瞬态电压抑制” 设计的 “特种部队”。 雷卯EMC小哥常说，这类专用器件的设计核心，就是要在关键时刻 “精准发力、不添干扰”。
 

 

二极管的 “家族分类”

P-N结二极管：由P型半导体（多空穴）和N型半导体（多电子）结合而成，正向导通、反向截止，反向电压过高会击穿。
 

肖特基二极管（SBD）：金属与半导体接触形成结，导通电压低、速度快，但反向耐压较低。
 

ESD 保护二极管属于 P-N 结二极管的 “升级版”，基于稳压二极管原理优化，重点强化了 “反向击穿时的快速响应” 和 “大电流承载能力”，
这也是上海雷卯多年来重点攻关的技术方向。
 

二.ESD 保护二极管的 “工作智慧”

 

雷卯电子的ESD保护二极管的核心设计目标是：平时“隐身” 不干扰电路，ESD 来袭时 “瞬间出击” 分流保护。具体怎么实现？上海雷卯通过工艺优化和结构创新，让这个“攻防切换” 更精准高效。
 

 

1. 正常工作时：像 “绝缘体” 一样安静

当电路没有 ESD 冲击时，ESD 保护二极管（阴极接信号线，阳极接地）处于 “反向偏置” 状态 —— 两端电压低于反向击穿电压（VBR），此时它像一个高电阻，几乎不影响信号传输。
 

但有两个参数会影响信号质量，也是雷卯重点优化的方向：
 

总电容（CT）：二极管截止时，P-N 结的 “耗尽区” 像一个小电容，高频信号（比如 5G、Thunderbolt）会被这个电容 “吸收”，导致信号衰减。雷卯通过特殊工艺将高频系列高分子产品的CT做到 0.1pF 以下，完美适配高速信号，这一指标也得到了雷卯 EMC 小哥在实战测试中的反复验证。
 

接口名称	传输速度Mbit/S	电容要求pF	雷卯静电防护     推荐料号
USB2.0接口	480	<5	SR05W/SRV05-4
USB3.0接口	4800	<1	ULC3304P10
USB3.1接口	10000	<0.5	ULC3304P10/ULC052010P5
TYPE-C接口	10000	<0.5	ULC3304P10/ULC052010P5
快充USB接口	480	<3	SR05W
100M网络接口	100	<5	SLVU2.8-4/SRV05-4W
1000M网络接口	1000	<3	LC3311CCW
10000M网络接口	10000	<1	ULC0542T
POE	100	<5	SLVU2.8-4/SMDJ58CA
HDMI1.3接口	10200	<1	ULC0524P
HDMI1.4接口	10200	<1	ULC0524P
HDMI2.0接口	18000	<0.5	PUSB3FR4
DISPLAY视频接口	5400	<1	ULC0524P
VGA模拟视频接口	162	<1	ULC0524P
DVI数字视频接口	3960	<1	ULC0544M
xDSL接口	2	<100	SR70
eSATA接口	6000	<1	ULC0524P
SIM卡接口	7.2	<10	SRV05-4
Audio 耳机和麦克风	1.5	<100	SDA05W5/ULC0511CDN30
I2C接口	3.4	<100	SD05C
T1 E1接口	1.544	<100	SRV05-4
LVDS接口	655	<10	ULC0524P
SD卡接口	10	<10	SRV05-4
MMC卡接口	10	<10	SRV05-4
RS485接口	10	<50	SM712
RS232接口	0.2	<50	SD12C/SMC12
RF /GPS天线接口	1000	<1	ULC0511CDN
Can-BUS总线接口	1	<50	SMC24/SD24C
Lin-BUS总线接口	1	<50	SMC24/SD24C
GPIO 3V 接口保护	-	-	SD03C ESDA33CT ESDA33CP
GPIO 5V 接口保护	-	-	SD05C ESDA05CT ESDA05CP
天线端口ESD防护	-	<0.5	ULC3324P10/ULC052010P5

 

反向漏电流（IR）：正常电压下流过的微小电流，IR 过大会增加电路功耗。雷卯产品在 VRWM（最大反向工作电压）下的 IR 通常≤0.5μA，对低功耗设备友好。

2. ESD 冲击时：像 “安全阀” 一样快速分流

当 ESD 脉冲来袭（比如插拔接口时），信号线电压会瞬间飙升至数千伏。此时 ESD 保护二极管会：
 

快速击穿导通：当电压超过 VBR 时，二极管进入 “雪崩击穿” 状态，电阻骤降（动态电阻 RDYN 低至几欧），将大部分ESD电流导向地（GND）。
 

钳位电压（VC）够低：导通时二极管两端的电压（VC）必须低于被保护芯片的耐压值（比如芯片耐压 20V，VC 需≤18V）。雷卯电子通过芯片结构优化，使VC 比行业平均水平低 15%-20%，防护更可靠，雷卯EMC小哥常把这一优势称为 “给芯片多一层安全余量”。
 

双向防护设计：对跨地信号（比如音频线、差分信号），上海雷卯的双向ESD保护二极管可同时吸收正负向 ESD 脉冲，无需额外设计。
 

 

三.雷卯ESD保护二极管的三大核心优势

 

上海雷卯凭借多年技术积累，让旗下 ESD 保护二极管具备三大核心优势，覆盖从低频到高频、从普通设备到高端终端的全场景需求：
 

1.响应速度快：从截止到导通仅需亚纳秒级（<1ns），比传统压敏电阻快100倍以上，能拦截 ESD 脉冲的 “第一峰值”，
这也是雷卯电子适配 5G、Thunderbolt 等高速接口的关键。
 

2.容值可控：覆盖 0.05pF（高频）到 100pF（低频）全系列，满足 USB 3.2、HDMI 2.1 等不同速率接口需求，雷卯EMC小哥会根据客户的信号速率，精准推荐对应容值的型号。
 

3.致性高：批量生产的 VBR、VC 参数偏差≤±5%，避免因器件差异导致防护效果不稳定，上海雷卯的严格品控体系，确保每一颗器件都能达到设计标准。
小结

 

ESD 保护二极管的核心是 “平衡”—— 既要在正常工况下不干扰信号，又要在ESD来袭时快速高效分流。雷卯通过材料、结构、工艺的三重优化，上海雷卯始终坚持以实战需求为导向，让这个 “平衡” 更精准、更可靠。
 

下一篇，雷卯EMC小哥进入实战环节：教你如何根据电路需求选对型号，以及电路板布局时的 “避坑指南”，让防护效果最大化～
 

上海雷卯电子(Leiditech)致力于成为电磁兼容解决方案和元器件供应领导品牌，供应ESD、TVS、TSS、GDT、MOV、MOSFET、Zener、电感等产品。雷卯拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务，为客户提供最优质的解决方案。