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ESD器件安全防護(hù)基本原理
這兒詳細(xì)介紹pcb設(shè)計(jì)手機(jī)上中較為常見(jiàn)的TVS管和壓敏電阻。
一、ESD器件的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)
1、較大工作頻率(Max Working Voltage)
容許長(zhǎng)期性持續(xù)釋放在ESD維護(hù)器件兩邊的電壓(有效值)，再此工作態(tài)度下ESD器件不通斷，維持高阻情況，反向泄露電流不大。
2、擊穿場(chǎng)強(qiáng)(Breakdown Voltage)
ESD器件剛開(kāi)始姿勢(shì)(通斷)的電壓。一般地，TVS管姿勢(shì)電壓比壓敏電阻低。
3、鉗位電壓(Clamping Voltage)
ESD器件穿過(guò)最高值電流時(shí)，其兩邊展現(xiàn)的電壓，超出此電壓，將會(huì)導(dǎo)致ESD永久損害。
4、泄露電流(Leakage Current)
在特定的交流電壓(一般指不超出較大工作頻率)的功效下，穿過(guò)ESD器件的電流。一般地，TVS管的反向泄露電流是nA級(jí)，壓敏電阻泄露電流是μA級(jí)，此電流越小，對(duì)維護(hù)電源電路危害越小。
5、電容器(Capacitance)
在給出電壓、頻率標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)出的值，此值越小，對(duì)維護(hù)電源電路的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送危害越小。例如硅半導(dǎo)體材料TVS管的結(jié)電容(pF級(jí))，壓敏電阻的寄生電容(nF級(jí))
6、響應(yīng)速度(Response Time)
指ESD器件對(duì)鍵入的大電壓鉗制到預(yù)訂電壓的時(shí)間。一般地，TVS管的響應(yīng)速度是ns級(jí)，壓敏電阻是μs級(jí)，此時(shí)間越小，更能合理的維護(hù)電源電路中電子器件。
7、使用壽命(ESD Pulse Withstanding)
TVS技術(shù)性運(yùn)用的是半導(dǎo)體材料的鉗位基本原理，在承受瞬時(shí)速度髙壓時(shí)，會(huì)馬上將動(dòng)能釋放出來(lái)出來(lái)，大部分沒(méi)有使用壽命限定；而壓敏電阻選用的是物理學(xué)消化吸收基本原理，因而每歷經(jīng)一次ESD惡性事件，原材料就會(huì)遭受一定的物理學(xué)損害，產(chǎn)生沒(méi)法修復(fù)的走電安全通道，會(huì)伴隨著應(yīng)用頻次的增加特性降低，存有使用壽命限定。
二、TVS管(硅半導(dǎo)體材料)
瞬態(tài)抑止二極管（Transient Voltage Suppressor）通稱(chēng)TVS，是一種二極管方式的高效率維護(hù)器件，運(yùn)用P-N結(jié)的反向熱擊穿原理，將靜電感應(yīng)的髙壓?jiǎn)蚊}沖導(dǎo)進(jìn)地，進(jìn)而維護(hù)了家用電器內(nèi)部對(duì)靜電感應(yīng)比較敏感的元器件。以TVS二極管為例：當(dāng)瞬時(shí)速度電壓超出電源電路一切正常工作頻率后，TVS二極管便產(chǎn)生山崩，出示給瞬時(shí)電流一個(gè)極低電阻器通道，其結(jié)果是瞬時(shí)電流根據(jù)二極管被引開(kāi)，繞開(kāi)被維護(hù)器件，而且在電壓修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)值以前使被維護(hù)控制回路一直維持截至電壓。當(dāng)瞬時(shí)速度單脈沖完畢之后，TVS二極管自動(dòng)回復(fù)內(nèi)容高阻情況，全部控制回路進(jìn)到一切正常電壓。TVS管的無(wú)效方式關(guān)鍵是短路故障，但當(dāng)根據(jù)的過(guò)電流很大時(shí)，也將會(huì)導(dǎo)致TVS管被爆裂而引路。
TVS管有單邊和雙重二種，單邊TVS管的特性與穩(wěn)壓二極管類(lèi)似，雙重TVS管的特性等于2個(gè)穩(wěn)壓二極管反向串接，其I-V曲線圖特性圖見(jiàn)圖1，圖中技術(shù)參數(shù)注釋?zhuān)?br /> ①反向斷態(tài)電壓(截至電壓) VRWM與反向泄露電流IR：反向斷態(tài)電壓(截至電壓)VRWM表達(dá)TVS管不通斷的最多電壓，在這一電壓下只能不大的反向泄露電流IR。
②擊穿場(chǎng)強(qiáng)VBR：TVS管根據(jù)要求的檢測(cè)電流IT時(shí)的電壓，它是表達(dá)TVS管導(dǎo)通的標(biāo)示電壓。
③單脈沖最高值電流IPP：TVS管容許根據(jù)的10/1000μs波的較大最高值電流（8/20μs波的最高值電流約為其5倍上下，8/20μs是界定IPP單脈沖波電流，請(qǐng)參照下面的圖2），超出這一電流就將會(huì)導(dǎo)致永久受損。在同一個(gè)系列產(chǎn)品中，擊穿場(chǎng)強(qiáng)越高的水管容許根據(jù)的最高值電流越小。
④較大箝位電壓VC：TVS管穿過(guò)單脈沖最高值電流IPP時(shí)兩邊所展現(xiàn)的電壓。
⑤正指導(dǎo)通電壓VF：TVS根據(jù)正指導(dǎo)通電流IF的壓力降。
除所述技術(shù)參數(shù)外，TVS管還有一個(gè)重要主要參數(shù)：P-N結(jié)電容Cj。
三、壓敏電阻(MLV/MOV)
多層高層壓敏電阻(MLV)及氫氧化物壓敏電阻(MOV)運(yùn)用ZnO等壓敏這種材質(zhì)的壓敏特性，保持了對(duì)靜電感應(yīng)的安全防護(hù)，壓敏電阻器的電阻器體原材料是半導(dǎo)體材料，當(dāng)釋放于壓敏電阻器兩端電壓低于其壓敏電壓，壓敏電阻器等于10MΩ左右接地電阻；如在壓敏電阻器兩邊釋放超過(guò)壓敏電壓的過(guò)壓時(shí)，壓敏電阻器的電阻器驟降展現(xiàn)低阻態(tài)，進(jìn)而把電荷迅速導(dǎo)走，合理地維護(hù)了電源電路中的其他電子器件不至于過(guò)流保護(hù)而受損。壓敏電阻選用的是物理學(xué)消化吸收基本原理，因而每歷經(jīng)一次ESD惡性事件，原材料就會(huì)遭受一定的物理學(xué)損害，產(chǎn)生沒(méi)法修復(fù)的走電安全通道，會(huì)伴隨著應(yīng)用頻次的增加特性降低，存有使用壽命限定難題。
壓敏電阻兼容雙重維護(hù)，它的伏安特性是徹底對(duì)稱(chēng)性的，見(jiàn)圖5，VW：一切正常工作頻率(Working Voltage)。IL：較大Vw工作中標(biāo)準(zhǔn)下的走電電流(Leakage Current)。壓敏電阻的無(wú)效方式關(guān)鍵是短路故障，但當(dāng)根據(jù)的過(guò)電流很大時(shí)，也將會(huì)導(dǎo)致泵殼被爆裂而引路。
四、TVS管和壓敏電阻運(yùn)用場(chǎng)所
根據(jù)對(duì)TVS管和壓敏電阻的特性比照，依據(jù)分別的優(yōu)勢(shì)，合適運(yùn)用場(chǎng)所列下：
1、與壓敏電阻較為，TVS管具備響應(yīng)速度快、鉗位電壓誤差小、結(jié)電容小、反向泄露電流寸和無(wú)使用壽命限定等優(yōu)勢(shì)，因此較合適于數(shù)據(jù)信號(hào)品質(zhì)規(guī)定高、線走電規(guī)定小等插口的ESD安全防護(hù)， 例如髙速網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸線、鐘表線等。
2、與TVS管較為，壓敏電阻的擊穿場(chǎng)強(qiáng)VBR和箝位電壓VC都相對(duì)性高，載流工作能力相對(duì)性強(qiáng)，具備更強(qiáng)的浪涌單脈沖吸收力，因此較合適于電源接口的ESD或浪涌安全防護(hù)。
3、針對(duì)二者都合適的場(chǎng)所，考慮到價(jià)錢(qián)要素，采用壓敏電阻。