隨著技術的不斷進步，許多科技公司都專注于將越來越多的芯片組擠入更小的空間。結果，自集成電路發(fā)明以來，芯片組的尺寸一直在縮小。隨著芯片組尺寸不斷縮小，它們對靜電放電 (ESD) 等不受歡迎的電壓瞬變變得更加敏感。
當集成電路（ IC ）經受靜電放電（ ESD）時，放電回路的電阻通常都很小，無法限制放電電流。例如將帶靜電的電纜插到電路接口上時，放電回路的電阻幾乎為零，造成高達數(shù)十安培的瞬間放電尖峰電流，流入相應的 IC 管腳。瞬間大電流會嚴重損傷 IC ，局部發(fā)熱的熱量甚至會融化硅片管芯。 ESD 對 IC的損傷還包括內部金屬連接被燒斷，鈍化層受到破壞，晶體管單元被燒壞。ESD 還會引起 IC 的死鎖（ LATCHUP）。這種效應和 CMOS 器件內部的類似可控硅的結構單元被激活有關。高電壓可激活這些結構，形成大電流信道，一般是從 VCC 到地。串行接口器件的死鎖電流可高達 1A 。死鎖電流會一直保持，直到器件被斷電。不過到那時， IC 通常早已因過熱而燒毀了。電路級ESD防護方法1、并聯(lián)放電器件常用的放電器件有TVS，齊納二極管，壓敏電阻，氣體放電管等。
盡管有多種ESD 保護器件，但每種保護方法都相似。ESD 瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管與芯片組并聯(lián)放置。如果節(jié)點上的電壓超過某個閾值，二極管將導通并保護芯片組（圖 1）。
圖1：ESD二極管處于關閉狀態(tài)（左）；ESD二極管處于導通狀態(tài)并導通（右）
一些 ESD 保護器件可能會表現(xiàn)出暫時的負電阻，并將電壓“迅速恢復”到較低的設定電壓或保持電壓 V H。V H和擊穿電壓之間的差異可以很小（淺回彈）或相當大（深回彈）。深度回彈器件可以提供較低鉗位電壓的好處，但存在風險。如果不考慮某些設計規(guī)范，就會出現(xiàn)一種稱為數(shù)據(jù)閂鎖的現(xiàn)象。在 ESD 沖擊等突發(fā)瞬變事件中，二極管將迅速恢復到 V H（圖 2）。但如果 V H器件的電壓在信號通過的工作電壓范圍內，即使經過 ESD 沖擊，二極管仍可保持導通狀態(tài)。這被稱為閂鎖，并且由于多種原因可能是有害的。
第一個原因是 ESD 保護二極管不是為處理連續(xù)傳導電流而設計的。這樣的電流可能會損壞保護二極管，以及二極管應該保護的芯片組。第二個原因是，當二極管傳導電流時，二極管兩端的電壓可能太低，芯片組無法正常工作。由于二極管和芯片組是并聯(lián)連接的，如果二極管將電壓保持在一定水平，芯片組也會保持該電壓。
圖 2：淺回彈（左）；深度回彈（右）
回彈越深或保持電壓越低，發(fā)生閂鎖的可能性就越大。為避免此問題，在使用深度回彈保護二極管時必須考慮幾個設計注意事項，包括二極管低鉗位的好處。
選擇保護二極管時，還需要考慮低電容（C L）和低動態(tài)電阻（R DYN）。高清多媒體接口 (HDMI) 2.0 和 USB 3.1 等接口中數(shù)據(jù)速度的提高提出了對具有 C L和 R DYN 的ESD 二極管的需求。較低的 C L 可保持信號完整性并支持更快的數(shù)據(jù)速率，而較低的 R DYN允許較低的鉗位電壓。一般來說，C L和 R DYN之間的關系是負相關的：降低一個會增加另一個。然而，TI 的新型 ESD 二極管同時具有低 C L和低 R DYN. 二極管還具有低鉗位電壓的淺回彈功能，從而消除了閂鎖的風險。表 1 重點介紹了二極管這些二極管的一些規(guī)格。
TI 部件號 | 界面 | 電容 ( CL ) | 動態(tài)電阻 (R DYN ) | 擊穿電壓 (V BR ) |
TPD1E0B04 | 天線，雷電 3 | 0.13pF | 1Ω | 6.7V |
TPD1E01B04 | USB Type-C?、
雷靂 3 | 0.18pF | 0.6Ω | 6.4V |
TPD1E04U04 | USB 3.0、
HDMI 2.0/1.4 | 0.5pF | 0.2Ω | 6.2V |
TPD1E1B04 | USB，（通用輸入/輸出 GPIO，按鈕 | 1pF | 0.15Ω | 6.4V |
TPD4E02B04 | USB Type-C、
USB 3.1 Gen 2 | 0.3pF | 0.5Ω | 6.4V |
表 1：低電容、低 R DYN ESD 二極管
總之，深度回彈保護二極管具有在較低電壓下鉗位的優(yōu)勢。然而，這些二極管的實現(xiàn)需要考慮幾個方面。如果未正確實施這些設計考慮，則存在可能損壞保護二極管、芯片組或兩者的閂鎖風險。然而，低電容、低 R DYN 保護二極管具有低鉗位電壓的優(yōu)勢，而沒有閂鎖風險，使其成為適用于許多接口的簡單、廉價的解決方案。
