高速數(shù)據(jù)應(yīng)用中ESD抑制技術(shù)簡(jiǎn)介

高清電視及顯示器的發(fā)展加速提高了信號(hào)傳輸速率,除此之外，USB 2.0以及USB 3.0等高速串行協(xié)議的應(yīng)用也使信號(hào)速率在不斷提高。隨著信號(hào)速率的提高，以前傳統(tǒng)的ESD保護(hù)技術(shù)已顯得過(guò)時(shí)，多層壓敏電阻、硅二極管的高電容、漏電流以及鉗位電壓已經(jīng)不能提供準(zhǔn)確可靠的保護(hù)，以保證高速信號(hào)不發(fā)生明顯的信號(hào)降級(jí)。

通過(guò)采用間隙技術(shù)（gap technology），特別是采用空氣作為間隙，已經(jīng)在低電容抑制器、更低漏電流、更低鉗位電壓等方面實(shí)現(xiàn)了可觀的性能提升。總之，在重復(fù)多次或持續(xù)的ESD事件后，聚合物間隙抑制器會(huì)降級(jí)，而空氣間隙器件仍將保持非常低的電容、漏電流和觸發(fā)電壓，即使在1s事件間隔內(nèi)經(jīng)過(guò)1000次ESD事件，也能保持良好的性能。

靜電放電保護(hù)方案概覽
對(duì)于數(shù)據(jù)速率在350Mb/s或低于350Mb/s的應(yīng)用，瞬態(tài)抑制二極管和多層壓敏電阻是提供保護(hù)的極好選擇。這些應(yīng)用包括標(biāo)清LCD顯示器、TFT顯示器，以及大多數(shù)的計(jì)算機(jī)周邊接口及連接。這些信號(hào)天生就允許高的插入損耗、高鉗位電壓和觸發(fā)電壓。鑒于電源引腳上并沒(méi)有任何信號(hào)，因此，高速抑制相應(yīng)并不是必需的。瞬態(tài)抑制二極管和多層壓敏電阻也可以有效地保護(hù)像USB 2.0以及其他更高速率的接口電源引腳。但是，對(duì)于像DVI、HDMI、USB 3.0以及最新的IEEE 1394 A和B標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)據(jù)通信線路，實(shí)現(xiàn)最小信號(hào)失真的高速抑制響應(yīng)對(duì)于系統(tǒng)性能和電路保護(hù)是至關(guān)重要的。這些應(yīng)用包括數(shù)字視頻設(shè)備、MP3播放器、手機(jī)、PDA、網(wǎng)絡(luò)交換器、有線和衛(wèi)星電視機(jī)頂盒、打印機(jī)、掃描儀、復(fù)印機(jī)以及筆記本電腦和上網(wǎng)本等計(jì)算機(jī)設(shè)備。

圖1 不同數(shù)據(jù)速率對(duì)應(yīng)的靜電放電抑制技術(shù)

抑制器技術(shù)比較
表1給出了在靜電放電抑制器件中常用的幾種核心技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)對(duì)比。聚合物靜電放電抑制器件在各種技術(shù)中可提供最低的漏電流，可承受非常高的靜電放電電壓脈沖，但在多次靜電放電事件后器件會(huì)開(kāi)始降級(jí)。除此之外，該類器件相對(duì)高的觸發(fā)電壓和鉗位電壓（比空氣間隙放電產(chǎn)品高出50～100倍）則意味著更多的靜電放電脈沖能量可以通過(guò)被保護(hù)的電路。

表1 幾種不同抑制器技術(shù)比較

多年以來(lái)，在多種電器設(shè)備中廣泛應(yīng)用多層壓敏電阻來(lái)提供有效的靜電放電抑制。多層壓敏電阻相對(duì)較低的擊穿電壓和觸發(fā)電壓以及能經(jīng)受多次脈沖的能力是相當(dāng)令人滿意的。可是，多層壓敏電阻具有較高的漏電流和電容，并且降低電容帶來(lái)的有害影響導(dǎo)致其無(wú)法勝任高速數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

基于硅的瞬態(tài)電壓抑制器件工作在標(biāo)準(zhǔn)P/N結(jié)的擊穿狀態(tài)，相比基于聚合物-間隙（polymer-gapbased）的器件可提供相對(duì)低的觸發(fā)電壓和鉗位電壓。該類器件的泄漏電流比空氣間隙器件（air-gap device）的高10～20倍，其相對(duì)較高的固有電容導(dǎo)致高信號(hào)失真和插入損耗。基于空氣間隙的器件在以上討論過(guò)的所有技術(shù)中可提供最低的電容和鉗位電壓，其工作在兩個(gè)電極間的惰性氣體擊穿狀態(tài)。基于空氣間隙的器件可以防止高達(dá)15kV的脈沖，它們?cè)诮?jīng)歷1000次脈沖沖擊后性能特點(diǎn)也相當(dāng)穩(wěn)定（如圖2所示）。基于空氣間隙的器件泄漏電流略高于基于聚合物-間隙的器件，但是其電容和插入損耗與聚合物器件相當(dāng)或者稍好一些，并且其鉗位電壓和觸發(fā)電壓要低得多。