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ESD保護元件
閱讀�12844時間�2011-01-06 10:26:08

  ESD保護元件通常稱作瞬態(tài)電壓抑制�(TVS)。許多集成電�(IC)都有一些可能比較敏感的輸入,這使得它們在輸入電壓遠高于正常值的的情況下(例如在ESD�(yīng)力作用下)易于受損。正常工作電壓與使器件開始受損的電壓之間的區(qū)域是安全過壓區(qū)。安全過壓區(qū)與器件受損區(qū)之間有少許交�,因為如果較大的過壓僅持�(xù)極短時間,那么即使不是在安全過壓區(qū),器件可能也可以承受。TVS的任�(wù)就是�(fā)生ESD事件時,將輸入電壓維持在安全過壓范圍之內(nèi),而在正常工作時不影響系統(tǒng)性能。TVS器件被放置于鄰近ESD事件可能進入系統(tǒng)的位�,旨在限制敏感節(jié)點處的電�,并將電流引至不太敏感的節(jié)�,如地電�。為實現(xiàn)這個功能,TVS必須在正常工作電壓范圍內(nèi)擁有高阻�,在正常工作電壓范圍之外擁有低阻抗,這樣才能將電流直接從敏感節(jié)點引開,并限制瞬�(tài)電壓�

保護原理

  對TVS的基本要求與具體�(yīng)用有�(guān),但一般情況下有如下要求:(1)能夠在期望的ESD�(yīng)力下正常工作�(2)在正常電壓范圍內(nèi)具有高阻�(低泄�)�(3)在正常電壓范圍之外呈低阻��(4)�(dǎo)通電壓適合應(yīng)��(5)在遭受應(yīng)力期間可快速地從高阻抗�(zhuǎn)換至低阻�(6)電容對目�(biāo)�(yīng)用而言不太高。在比較具體的TVS器件類型之前,需要理解兩種分類�

  單向與雙向保護:單向和雙向TVS器件都能抑制正向和負(fù)向應(yīng)�。依�(jù)TVS維持高阻抗、低泄漏狀�(tài)的電壓范�,可以地理解這兩個術(shù)語的不同。這種電壓范圍決定了TVS器件能保護的電路節(jié)點類型。雙向TVS具有相對于零伏電壓的對稱特�。雙向器件最適合保護電壓基于零伏對稱或雙向的電路節(jié)�。單向TVS�(chǎn)品具有相對零伏電壓不對稱的特性。單向TVS器件極適合保護電壓極性始終相同的電路節(jié)�,如0�5伏這樣的單極性電��

TVS二極�

  如今大多�(shù)的二極管都是采用硅制造的固態(tài)器件。它�?yōu)殡p端器�,很容易讓一個方向上的電流流�,但在相反方向上,它們呈�(xiàn)高阻�,直到兩端電壓達到擊穿電�。二極管本質(zhì)上為單向器件,保護方式為電壓箝位�

  二極管的特性取決于N區(qū)與P區(qū)的摻雜程�,這兩個區(qū)離結(jié)點的距離遠近不同。調(diào)節(jié)摻雜程度能構(gòu)建反向偏置擊穿電壓在幾百伏到僅幾伏之間的二極�。設(shè)計有明確定義的反向偏置擊穿電壓的二極管,通常稱作齊納二極��

  基于二極管的TVS�(chǎn)品擁有其它ESD保護�(chǎn)品所不具備的多用性——可選擇單向和雙向保�?;径O管是單向�(chǎn)�,且是僅有的單向保護元件。串�(lián)�(jié)合兩個二極管就能輕易地構(gòu)成雙向保�。雙向保護可通過共陰極或共陽極配置來實現(xiàn)。使用一對單向TVS器件便能實現(xiàn)雙向保護性能。市面上有多種基于雙向二極管的TVS器件,這些器件中的兩個二極管均位于同一個封裝,甚至�(jīng)常集成在單個硅襯底��

  過去,硅TVS器件由于電容�,在保護低壓高速信號線路方面存在劣�。然而,近年來的技�(shù)進步消除了這種不利因素。安森美半導(dǎo)體的新產(chǎn)品ESD9L5.0將硅器件保護的優(yōu)勢與高速應(yīng)用要求的低電容結(jié)合在一�。這個產(chǎn)品的特性就像一個簡單的齊納二極�。事實上,ESD9L5.0包含一個擊穿電壓低的齊納二極管和一對擊穿電壓高(因而電容小)的標(biāo)�(zhǔn)二極��

比較

  對應(yīng)力有不對稱敏感度的電路節(jié)�,可能需要只有TVS二極管產(chǎn)品才能提供的單向保護。高速應(yīng)用要求非常低的電�,這使得使聚合物器件具有吸引力。聚合物器件可以滿足對低電容和保護能力的要求。為了讓聚合物TVS�(chǎn)品可以用在高速應(yīng)用中,高速節(jié)點需要在瞬態(tài)高壓下工作以�(dǎo)通聚合物TVS,并在導(dǎo)通模式下提供中等阻抗�

市場

  由于成本�、不要求高壓�(dǎo)�,壓敏電阻常常具有吸引力。如果它們被制造得足夠大以提供具有足夠低的�(dǎo)通阻�,從而提供充足的保護,那么它們的電容通常對高速應(yīng)用而言就太大了。TVS二極管產(chǎn)品具有很好的箝位能力,如今市場上也有超低電容的TVS�(chǎn)�,甚至適合速的�(yīng)�。二極管也頗具吸引力,因為它們能夠用作單向保護器�,匹配當(dāng)今許多高速數(shù)字信號的電壓范圍�

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