如何选择ESD保护元件

ESD TVS器件采用的技术主要有三种：压敏电阻、聚合物和硅二极管，每种技术各有其独特特性。

1．金属氧化物压敏电阻(MOV)

压敏电阻在小电流和低电压下具有高阻抗，但在高电压和大电流下，它们的阻抗大幅下降，因此它们属于电压箝位器件。

压敏电阻是双向保护器件，具有很宽范围的电流和电压保护能力，适用从高压输电线路和雷电保护，到到小型ESD表面贴装器件等应用领域，。然而，相对于它们的导电率来说，它们电容较大，这意味着它们在高速信号线路保护方面的应用受到限制。压敏电阻在遭受多次应力后，性能也会下降，即使远低于单次应力导致的损坏等级。

2．聚合物浪涌抑制器

聚合物浪涌抑制器件为消弧器件，且总是双向保护器件。它们的电容很低，对高速应用具有吸引力。但是它们的短处是导通电压高、导通阻抗性能相对较差，遭受多次应力时易于性能下降。

3．TVS二极管

如今大多数的二极管都是采用硅制造的固态器件。它们为双端器件，很容易让一个方向上的电流流过，但在相反方向上，它们呈现高阻抗，直到两端电压达到击穿电压。二极管本质上为单向器件，保护方式为电压箝位。

二极管的特性取决于N区与P区的掺杂程度，这两个区离结点的距离远近不同。调节掺杂程度能构建反向偏置击穿电压在几百伏到仅几伏之间的二极管。设计有明确定义的反向偏置击穿电压的二极管，通常称作齐纳二极管。

基于二极管的TVS产品拥有其它ESD保护产品所不具备的多用性——可选择单向和双向保护。基本二极管是单向产品，且是仅有的单向保护元件。串联结合两个二极管就能轻易地构成双向保护。双向保护可通过共阴极或共阳极配置来实现。使用一对单向TVS器件便能实现双向保护性能。市面上有多种基于双向二极管的TVS器件，这些器件中的两个二极管均位于同一个封装，甚至经常集成在单个硅衬底上。

过去，硅TVS器件由于电容高，在保护低压高速信号线路方面存在劣势。然而，近年来的技术进步消除了这种不利因素。安森美半导体的新产品ESD9L5.0将硅器件保护的优势与高速应用要求的低电容结合在一起。这个产品的特性就像一个简单的齐纳二极管。事实上，ESD9L5.0包含一个击穿电压低的齐纳二极管和一对击穿电压高(因而电容小)的标准二极管。

保护元件的比较

表1总结了前面谈及的三类TVS器件的基本特性。选择恰当的保护器件应考虑多种因素，其中关键的决定因素就是被保护电路的特性。

对应力有不对称敏感度的电路节点，可能需要只有TVS二极管产品才能提供的单向保护。高速应用要求非常低的电容，这使得使聚合物器件具有吸引力。聚合物器件可以满足对低电容和保护能力的要求。为了让聚合物TVS产品可以用在高速应用中，，高速节点需要在瞬态高压下工作以导通聚合物TVS，并在导通模式下提供中等阻抗。

由于成本低、不要求高压导通，压敏电阻常常具有吸引力。如果它们被制造得足够大以提供具有足够低的导通阻抗，从而提供充足的保护，那么它们的电容通常对高速应用而言就太大了。TVS二极管产品具有很好的箝位能力，如今市场上也有超低电容的TVS产品，甚至适合最高速的应用。二极管也颇具吸引力，因为它们能够用作单向保护器件，匹配当今许多高速数字信号的电压范围。