超低电容聚合物PESD器件选型及应用案例

无线通信都通过高频信号传输，对防静电来说有非常大的挑战，为什么呢？
 

因为高频接口芯片都很脆弱，对寄生电容值要求很低，所以可以挑选的防静电器件很少，今天我们结合客户的现场测试为您提供解决方案。这位客户在天线接口选用的上海雷卯超低电容聚合物PESD -PESD0521U005H，这款器件抗静电能力可以达到接触和空气±30KV，这是一款工作电压5V的超低电容聚合物PESD器件, 测试结果没有问题,但客户有个疑问，这款器件他的工作原理是什么？ 怎么选型？除了用在天线还用在哪里？
 

 

一.聚合物PESD器件是什么

聚合物PESD器件的核心功能材料是一种经过精密设计的导电聚合物复合材料，它不是单一材料，而是一个多组分、多层次的微结构系统。其核心是一种电压敏感型非线性电阻器。
 

    其组成可以概括为：聚合物基体 + 功能性导电填料 + 添加剂 + 电极与封装
 

PESD 中的 “P”  Polymer：强调其聚合物基体的本质，区别于陶瓷（MLV）和半导体（TVS）。
 

 

二.工作原理

聚合物PESD器件的工作原理核心在于其 “电压触发式的非线性电阻变化”， 其工作原理可以从微观和宏观两个层面清晰理解。
 

 

1微观机制：纳米网络的“智能开关”
 

器件内部的核心是均匀分散在聚合物基体（不导电）中的纳米/微米级导电颗粒。

    （1）常态（高阻态，关断）
 

    导电粒子间被极薄的聚合物隔开，形成大量纳米间隙。正常电压下，电子很难越过这些间隙，只有极微小的电流能“溜过去”。因此器件电阻极高、几乎不漏电，在电路里如同隐形。
 

    （2）ESD事件触发（低阻态，导通）
 

    当高压静电来袭，纳米间隙处产生极强电场。电场将阻碍电子的“墙”变薄，使电子能大规模“穿墙”而过（量子隧穿）。瞬间，所有粒子通过电子隧道连通，形成立体导电网。器件电阻在1纳秒内暴跌百万至十亿倍，变为超低电阻通道，将静电迅速泄放。
 

    （3）事件结束（自恢复）

    静电泄放后，电场消失，电子“穿墙”效应即刻停止。聚合物弹性使间隙恢复，导电网断开。器件电阻自动迅速复原至高阻态，准备应对下一次冲击。
 

 

2宏观特性：非线性V-I特性曲线
 

微观机制直接决定了器件宏观的电流-电压关系，这是其作为保护元件的核心特性。
 

当电压低于触发值时，器件电阻极大，电流几乎为零。电压一旦达到阈值，器件立即雪崩式导通。进入导通状态后，电压被牢牢锁定在很低水平（钳位），即使电流增大电压也几乎不升。危险解除后，器件自动恢复高阻。
 

三.应用场合

PESD器件的应用由其超低电容和快速响应的核心优势决定，主要服务于高速数据线路和射频信号线路的ESD防护。
 

1、超高速数据接口
 

USB 3.0/3.1/4.0, Thunderbolt, HDMI 2.0/2.1：这些接口速率高达10Gbps甚至40Gbps以上。PESD器件的电容通常低于0.5pF，甚至可达0.05pF，引入的插入损耗和信号畸变极小，是确保信号完整性的唯一可靠选择。
 

2、射频天线端口
 

GPS天线、Wi-Fi/蓝牙天线、4G/5G蜂窝天线、NFC天线：天线端口对阻抗匹配要求极高，任何并联电容都会导致频率失谐和性能下降。PESD的超低电容特性使其成为天线ESD保护的标准方案。
 

 

3、高速数字总线：
 

MIPI D-PHY/C-PHY（用于摄像头和显示屏）、LVDS、以太网：在这些对信号质量敏感的总线上，PESD可以提供透明的保护。
 

4、便携设备关键接口：
 

智能手机、平板电脑、笔记本电脑的耳机插孔、麦克风、按键、侧边连接器等，因其轻薄、低电容和良好的保护性能而被广泛采用。
 

应用核心原则：凡是信号频率高、对寄生电容极度敏感、且需要稳健ESD保护的场合，就是PESD器件的用武之地。
 

四.低结电容聚合物PESD与低结电容
 

TVS区别及选型决策

虽然三者都追求“低电容”，但它们的物理本质、性能极限和最佳应用场景截然不同。
 

低结电容聚合物ESD抑制器：天生的“超跑”，为极速信号而生，电容最低（可达0.05pF），但力量（能量耐受）相对较弱。
 

低结电容TVS：精悍的“特种兵”，通过技术优化在降低电容的同时，保留了精准的钳位和较好的保护强度，是全能型选手。
 

两种低容ESD器件详细对比表

特性维度	低结电容聚合物ESD	低结电容TVS二极管
电容典型范围	极低：0.05pF～0.5pF	低：0.1pF～3pF  (主流低电容型号)
钳位电压性能	一般	优秀
通流/能量能力	不适用电源端口	可用于电源和信号口
核心优势	高频高速信号防护。	精准箝位电压保护
典型应用场景	USB4    Thunderbolt 4   HDMI 2.1   等超高速接口   5G/6G 毫米波天线   高速SerDes 链路。	USB 3.2   10G以太网   车载高速总线   中高速数字视频接口   射频前端。

选型决策流程图

根据您的设计需求，可以按以下逻辑快速选择
 

五.上海雷卯聚合物PESD常用料

  以下是列出雷卯部分聚合物PESD型号供参考，如有需求，请联络EMC 小哥或雷卯销售人员。
 

型号   Part  Number	工作电压   VRWM	电容值CJ	单双向	触发电压Trigger voltage	箝位电压Clamping voltage	封装Package
	(V)	(pF)		VT	Vc
PESD0521U005	5	0.05	双向	300	35	0201
PESD0521U005H	5	0.05	双向	300	30	0201
PESD0721U005	7	0.05	双向	300	35	0201
PESD1221U005	12	0.05	双向	450	40	0201
PESD2421U005	24	0.05	双向	450	40	0201
PESD0542U005	5	0.05	双向	300	35	0402
PESD0542U005H	5	0.05	双向	300	35	0402
PESD0942U005	9	0.05	双向	300	35	0402
PESD1242U005	12	0.05	双向	300	35	0402
PESD1442U005	14	0.05	双向	450	40	0402
PESD2442U005H	24	0.05	双向	300	35	0402
PESD3042U005H	30	0.05	双向	350	35	0402
PESD0563U005	5	0.05	双向	300	35	0603
PESD1263U005	12	0.05	双向	450	40	0603
PESD1463U005	14	0.05	双向	450	40	0603
PESD2510AV05	5	0.05	单向	300	35	2510
PESD2510AV12	12	0.05	单向	450	40	2510
PESD2510AV12H	12	0.15	单向	300	35	2510

    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。