ESD保护二极管的电路板设计注意事项有哪些？

ESD保护二极管广泛用于静电放电（ESD）保护。ESD进入后，ESD保护二极管会立即以低电阻导通，以保护受保护器件（DUP）。
与其他类型的保护器件一样，ESD保护二极管的电路板设计需要考虑几个因素，包括它们的位置和电路板走线。以下是电路板设计注意事项，稍后进一步详细解释每一事项。

1. ESD保护二极管的位置尽可能靠近连接器（尽量减小 L₁和L₃ 走线的长度）。
2. 缩短ESD保护二极管后面L₂的长度。请勿在L₂沿线加任何导通孔，否则会增加电感。
3. 减小DUP（图3中的“IC”）和ESD进入点（如连接器）之间L₅的接地阻抗。
4. 请勿将连接ESD进入点（如连接器）的ESD保护型线路与非ESD保护型线路平行。这些线路不应平行，尤其是从ESD进入点到ESD保护二极管的线路（参见图6）。

与齐纳二极管的情况一样，ESD保护二极管利用pn结反向击穿特性。随着pn结二极管两端反向电压增加，在某个称为齐纳电压 (V_Z) 的点发生雪崩击穿。由于这种特性，ESD保护二极管在系统正常工作期间保持关闭，发生ESD事件时立即导通，以减少DUP加载的ESD能量。
为了实现低电容和低动态电阻，凭借几十年积累的齐纳二极管技术，东芝的ESD保护二极管为ESD保护提供了理想解决方案。

图1显示带有ESD保护二极管的电路示例。
主要ESD进入点包括外露的USB、HDMI端口和其他传输线。因此，ESD保护二极管连接在地线与这些I/O 端口的信号线或控制线之间。进入的ESD电压为V_ESD。然后，V_ESD分别加载到ESD保护二极管和DUP。
DUP（I_Prot）加载的ESD电流取决于内部电路，但V_ESD越高，I_Prot就越高。ESD电击可能造成DUP故障或损坏。过高的电压、电流或能量都会导致DUP降级或破坏。不管怎样，降低V_ESD是提高ESD保护性能的关键。

为了降低V_ESD，选择低钳位电压（V_C）和动态电阻（R_DYN）的ESD保护二极管很重要。关于钳位电压和动态电阻的说明，请参阅FAQ“ESD保护二极管的基本工作原理。”和“如何选择ESD保护二极管？”
ESD保护二极管的基本工作原理。
如何选择ESD保护二极管？

然而，选择合适的ESD保护二极管只是第一步。上述考虑因素足以满足直流电的要求，但不足以应对高频脉冲。我们知道，ESD是一种高频脉冲。例如，下图显示ESD抗扰度测试标准IEC 61000-4-2规定的测试波形。

电路板设计对于高频脉冲十分重要。由于电路板走线和通孔起电感的作用，因此有必要缩短可能的ESD进入点（如连接器）到ESD保护二极管的走线长度，不穿过通孔。此外，切记地线应尽可能宽，以降低阻抗。现在，我们通过图示来讨论电路板设计的注意事项。
图3显示ESD保护二极管布局可选的四个位置。

A） ESD保护二极管靠近DUP。
电路板ESD保护二极管和DUP走线的阻抗几乎相同。进入电路板的高频ESD脉冲加到ESD保护二极管和DUP之前受电感的影响。在电感作用下，ESD脉冲的上升斜度略微变缓，导致ESD保护二极管的导通速度较慢。参见图4。当ESD保护二极管的位置靠近连接器时，DUP两端电压或ESD电击后的第一峰值电压低于靠近DUP的情况。

B）ESD保护二极管利用通孔靠近连接器。
ESD脉冲受通孔数量和尺寸的影响。使用通孔相当于增加ESD保护二极管的走线长度。因此，凡是可以避免使用通孔的情况下，建议不要使用通孔。

C）ESD保护二极管靠近连接器，但DUP至连接器的接地走线电感高。
L₁和L₃不影响ESD脉冲上升。然而，如果L₅很大，DUP可能出现故障。参见图5。当ESD脉冲进入电路板时，ESD保护二极管的钳位电压由L₄、L₅和Z_IC分担（即ESD进入时DUP的输入阻抗）。这会造成DUP的GND电位上升，增加L₅两端的电压。如果IC_2过来的V_IN2对ESD没有任何影响，则V_IN2 电位相对于DUP接地变为V_IN2－V_ESD＿GND，并导致其发生故障。为了防止这种情况，从ESD进入点到DUP接地走线的阻抗应该足够低。

D）ESD保护二极管靠近连接器。DUP至连接器的接地走线电感低。
这是理想的位置。

受ESD影响的线路与连接器连接的信号线路平行也存在风险。ESD可能由于电容耦合或电磁感应导致线路电压上升，从而造成DUP故障或损坏。