實驗出真知！可充分發揮ESD保護元件性能的電路設計

TDK的多層貼片式壓敏電阻產品陣容齊全，可保護設備因受ESD（靜電放電）影響而引發的故障和誤動作，能幫助客戶有效解決ESD問題。但隨著用戶設備的小型化、輕量化和高功能化，以前效果出眾的多層貼片式壓敏電阻產品也出現了無法充分發揮保護效果的情況。

為了查明原因，我們以客戶設備的小型化為前提進行了ESD實驗，本期推文就來為您詳細介紹通過此次實驗得出的各數據與結果。

5G技術的發展實現了設備之間的相互協作和實時通信，也對設備的設計提出了更高的要求，比如更小、更輕、更低功耗、更高功能、長期運行、高可靠性、更高的EMC耐受能力等等。相比于大型設備（如汽車、工業設備，醫療設備等）的PCB和機殼設計，智能手機、VR、無人機等小型移動設備的PCB尺寸小，ESD更容易侵入，而且用于ESD消除的GND地線和機殼的設計往往不穩定，是很難采取ESD對策的設備之一。

針對電壓保護應用，TDK提供有非常齊全的壓敏電阻（氧化鋅）和防雷（放電管）產品，能滿足各種電流大小的應用。本文中介紹的ESD測試便使用如下產品圖中所示的專用貼片式壓敏電阻。

ESD可視化設備是一種通過用非接觸磁場探針自動掃描ESD電流來實現ESD電流可視化的設備。

圖1 ESD可視化設備

本次實驗中使用雙面電路板（正面：信號線，背面：GND地線，正面的GND地線通過Via連接到背面的GND地線）。背面的GND地線有兩種不同的尺寸：①窄地線（10x20mm）和 ②寬地線（85x50mm）。

圖2 PCB的GND地線設計

將貼片式壓敏電阻配置到PCB正面的信號線和GND地線之間。GND地線與金屬機殼和大地不相連。在此狀態下，對信號線按照IEC61000-4-2要求施加ESD 1kV。

圖3 實驗設置 

當GND地線較窄時，ESD將繞過壓敏電阻，擴散到信號線。而當GND地線較寬時，ESD會被貼片式壓敏電阻吸收并引向GND地線。這是由GND地線相對于信號線的阻抗大小決定的。GND地線較窄時，GND地線的阻抗較大，因此ESD無法流向貼片式壓敏電阻。