什么是ESD保护二极管?

ESD保护二极管是一种针对ESD保护应用进行了优化的齐纳二极管。


它可以用来保护IC免受暴露于外部的端口（例如USB端口）进入电路板的高于额定耐压的过压冲击影响（如ESD）。ESD保护二极管也称瞬态抑制 (TVS) 二极管。二者之间略有区别，“TVS二极管”指应用范围更广的二极管，这些二极管不仅可以防止ESD电击，还可以提供雷电浪涌、开关浪涌和典型信号纹波保护。东芝产品组合也提供开关浪涌保护二极管。（请参阅“齐纳二极管提供过压保护.”)

正常工作期间，在无ESD事件的情况下，ESD保护二极管对系统不起作用。它们在高压ESD事件下导通，以保护IC。过去，齐纳二极管用于这种应用。
齐纳二极管是一种用于反向偏置的pn结二极管。随着pn结二极管两端反向电压增加，在某个称为齐纳电压 (VZ) 的点发生雪崩击穿。齐纳电压几乎与流过齐纳二极管的电流无关。因此，齐纳二极管可以用来提供固定参考电压，但现在很少用于这种应用。由于这种特性，齐纳二极管又称稳压二极管。通过优化pn结p型区和n型区掺杂浓度，可以获得所需齐纳电压。
东芝提供具有不同齐纳电压的丰富齐纳二极管产品线。

使用齐纳二极管提供ESD保护，应选择满足以下条件的二极管
０< VIN < VZ*。　

通常，用于ESD保护的二极管插在地线和可能受ESD影响的I/O线路之间。下面说明这些二极管的特性要求：

  1. ESD保护二极管正常工作状态下不导通，也不影响线路的信号完整性。 
    • 标准化ESD保护二极管不导通的电压范围
    • 减小总电容
  2. 1.   信号线电压过大时，ESD保护二极管不仅导通，而且能够减小受保护器件（DUP）电压和电流。
    • 降低大电流区齐纳电压上升率
    • 标准化大电流区齐纳电压

与典型齐纳二极管相比，ESD保护二极管特别适合满足这些要求。请参阅以下FAQ：

图1：齐纳二极管I-V曲线及其输入范围
图1：齐纳二极管I-V曲线及其输入范围

为了确定应用是否需要ESD保护二极管，可使用TLP波形进行ESD仿真测试，使用机器模型、人体放电模型和其他模型进行器件级ESD测试，并进行IEC 61000-4-2标准系统级ESD测试。
ESD测试后添加ESD保护二极管不仅需要大量的精力和时间来返工电路板，而且可能难以获得最佳的保护性能。 因此，提前考虑哪些 I/O 引脚可能需要 ESD 保护二极管至关重要。 有关ESD保护的电路板设计注意事项，请参阅以下FAQ：

图2 ESD保护二极管插入示例
图2 ESD保护二极管插入示例

根据被保护信号线的特性选择合适的ESD保护二极管同样重要。关于如何选择ESD保护二极管，请参阅以下常见问题：

东芝的ESD保护二极管有多种封装，不仅包括电极位于底部的超小型封装和通用封装，还包括专门为USB、HDMI和其他多位端口设计的直插式封装。此外，半导体芯片采用专门为ESD保护设计的生产工艺，实现低动态电阻和总电容。关于这些话题的详细信息，请参阅以下网页：

*齐纳电压（VZ）取决于温度。VZ应根据温度充分降额。

相关链接

关于TVS二极管（ESD保护二极管）产品，请参考以下链接。

TVS二极管（ESD保护二极管）
产品
TVS二极管基础知识（ESD保护二极管）
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*本文提及的公司名称，产品名称和服务名称可能是其各自公司的商标。

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