ESD应用指南

《深入浅出Cortex M0——LPC1100系列》 TM01010101 V0.99 Date: 2010/04/16 teaching material 配套教材广州周立功单片机发展有限公司

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目 录

第4章 接口技术与可靠性设计······················································································1

4.1 ESD应用指南················································································································1

4.1.1 概述························································································································1 4.1.2 ESD基础知识········································································································1

1． ESD简介·············································································································1 2． 静电的危害··········································································································1 3． ESD的发生原理·································································································2 4． ESD危害的产生和作用机理··············································································2 5． ESD保护器件的意义··························································································2 4.1.3 ESD保护器件介绍································································································3

1． 器件分类·············································································································3 2． ESD保护器件的重要参数··················································································6 3． NXP半导体的ESD保护器件············································································9 4.1.4 ESD保护器件选型······························································································11

1． 选型方法············································································································11 2． 选型举例···········································································································12

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第3章 接口技术与可靠性设计

3.1 ESD应用指南

3.1.1 概述

本文介绍了ESD的基础知识及其危害，并且提出了使用ESD保护器件的解决方案。为了便于用户学习使用ESD保护器件，本文对ESD保护器件的重要参数、分类、选型方法和应用都作了全面介绍。 3.1.2 ESD基础知识

1． ESD简介

静电是一种自然现象，产生的方式有多种，如接触、摩擦等。静电的特点是高电压、低电量、小电流和作用时间短。

静电在日常生活中是无处不在的。人体自身的动作或与其它物体的接触、分离、摩擦或感应等因素，可以让人体上产生几千伏甚至上万伏的静电。例如，当我们走过化纤的地毯，可产生大约35000伏的静电；翻阅塑料说明书则可产生大约7000伏的静电。

ESD是Electro-Static discharge 的缩写，即“静电放电”的意思。在干燥的天气里，当我们去接触另外一个人的时候，有时会有触电的感觉；当在黑暗处脱下身上穿的化纤毛衣时，有时会看到耀眼的电火花。这些都是静电放电现象，见图3.1。ESD冲击脉冲的带宽很宽、上升时间很短且峰值能量很大。

图3.1 ESD现象

国际上还习惯将用于静电防护的器材统称为“ESD”，这类器件在国内常被称呼为ESD电路保护器件或静电阻抗器等。

2． 静电的危害

静电会对一些敏感仪器造成致命破坏，并在多个领域造成严重危害：

 许多开发人员都遇到过这样的情况：在实验室开发好的产品，测试完全通过，但到了客

户手里用了一段时间之后就出现异常现象甚至是彻底失效，故障率却往往不高（1%以下）。以上问题，其实就可能是由于器件被静电损坏了；  静电还可在不经意间将昂贵的电子器件击穿，造成电子工业年损失达上百亿美元；  在宇航工业，静电放电造成火箭和卫星发射失败，干扰宇航飞行器的运行；

 1967年7月29日，美国Forrestal航空母舰上发生严重事故，一架A4飞机上的导弹突然点火，造成了7200万美元的损失，并损伤了134人，调查结果是导弹屏蔽接头不合格，静电引起了点火；  1969年底，在不到一个月的时间内，荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产

生的静电引起相继发生爆炸；  我国近年来在石化企业也曾发生30多起因静电造成的严重火灾爆炸事故；  在各种电子器件中，超过 25%的半导体芯片损坏归咎于ESD。

鉴于静电的巨大危害性，各国都非常重视静电防护工作，许多工业发达国家都建立了静电研究机构。静电防护工作是一项长期的系统工程，任何环节的失误或疏漏，都将导致静电防护工作的失败，工程师们需要对其有足够的重视和认识。

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3． ESD的发生原理 （1）ESD的实质

ESD实质就是静电荷在不同电位的物体间快速转移，请见图3.2。由图中可以看到，电子从电位为﹣5kV的物体快速转移到﹣2kV的物体或大地，完成了静电放电过程。

图3.2 ESD的实质

（2）ESD的产生

ESD的产生机理可概括为：电荷积累 → 快速放电。

摩擦、接触、感应、传导等引起物体获得或失去电子，从而带电；当物体的电荷积累到足够强度时，电荷将可能泄放，从而得到新的电平衡，这就完成了一次静电放电。

图3.3 人体对电子设备的静电放电

4． ESD危害的产生和作用机理

在对电子设备的静电放电过程中，将产生潜在的破坏电压、电流和电磁场：

 产生瞬时大电流。由于放电速率快，放电电阻小，静电放电时往往会造成瞬时大电流，

这种大电流如果经过集成电路，往往会导致相关元器件烧毁；  产生高频干扰。ESD产生的尖峰脉冲电流内包含丰富的高频成分，其最高频率甚至可

能超过1GHz，这些高频脉冲使得PCB板上的走线变成非常有效的接收天线而感应出高电平噪声；  产生电磁干扰。ESD电流产生的场可直接穿透设备，或通过孔洞、缝隙、输入输出电

缆等耦合到敏感电路。ESD电流在系统中流动时，激发路径中所经过的天线，导致产生波长从几厘米到数百米的辐射波，这些辐射能量产生的电磁噪声将损坏电子设备或骚扰它们的运行；  若ESD感应的电压超过电路的电平信号，将可能导致电路误动作；甚至于导致电子设

备的绝缘击穿，激发更大的电流最终成电子设备的相关元器件烧毁。 5． ESD保护器件的意义

用ESD保护器件，可以把数千伏电压的ESD输入电压降低到所保护的IC所能承受的安全电压，并能把电流从IC旁路，大大降低器件或产品的故障率；但是有许多用户还是并没有积极使用ESD保护器件来增强自己的产品的可靠性。

（1）半导体芯片自身对ESD保护器件的要求越来越高

随着半导体芯片的几何尺寸日益缩小，IC制造商越来越难以维持合理的片上ESD保护等级。例如，随着半导体工艺向65 nm以下转移，原来在1.5μm工艺的芯片面积上只占几十分之一（获得2 kV ESD保护）的ESD保护的面积已经无法容纳于现在只有几个纳米的芯片之中了；在65 nm

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工艺下，ESD保护的面积甚至超出了整个芯片的面积。半导体芯片的工艺越精细，对ESD保护的要求就越高。据ESD协会估计，未来的集成电路可能将无法承受目前片上ESD保护的电压水平(2kV)，事实上已有人提议将片上ESD的目标承受水平降低一半以上。因此真正有效的ESD保护是不能完全集成到CMOS芯片之中的。

如果降低了半导体芯片片上ESD保护的标准，那么从系统级来说，芯片就会对电缆放电(CDE)和人体静电放电(ESD)等瞬态现象更加敏感。于是，随着当前和今后集成电路ESD敏感性的增加，就更有必要采用更加强健的片外瞬态电压抑制措施来保护系统。如今的电子系统大都要求至少可抵抗3级或4级ESD电压。以第4级为例，最大ESD电流可达30A，是芯片级ESD电流的20多倍。如果仍按片上ESD保护标准设计，很明显，哪怕只出现一次放电，IC都会面临灾难性损坏。

（2）提高产品稳定性和可靠性的需要

由于以下的原因，部分用户往往不会真正重视“ESD保护”，造成了产品的 “质次价廉”：  静电的产生和积累要一定的条件和过程，所以不加保护也不见得件件产品都会受到ESD

伤害，这就让人产生侥幸心理；  多数情况下ESD能量都较小，所以受到ESD伤害的也并不表现为立即报废，而可能仅

表现为工作不稳定；  很多时候在出厂测试中无法检测出来，以后发现问题也容易归咎为材料不良，这就使人

无法真正认识ESD的危害；  怕麻烦，想节省成本，对ESD保护器件能不用就不用，没有意识到如果没有合理使用

ESD保护器件，将会带来更多的麻烦、浪费更多的成本。 图3.4为国际上对保护器件市场情况的一个统计，可以看出保护器件在电子产品中扮演越来越重要的角色。

图3.4 ESD保护器件的发展趋势

3.1.3 ESD保护器件介绍

1． 器件分类 （1）概述

能直接用于ESD保护的器件，都可以称作为是ESD保护器件，包括压敏电阻、从广义上来说，

ESD保护二极管、TVS管、晶闸管保护器件、气体电子管、聚合物 ESD 器件等。这里重点就压敏电阻、TVS、ESD保护二极管等ESD保护器件进行论述，相关信息见表3.1。

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器件

器件简介

名称

不适用于小型产品[1]；经受的ESD冲击越多，器件越老化[2]，漏电会越来越严重；

对ESD脉冲的反应慢；不能给高速数据线路提供保护

传统TVS的电容相对较大，无法满足高速数据应用领域的ESD保护需求，否则会引起高频失真

优点

缺点

表3.1 ESD保护器件简介

压敏电阻

一种特殊电阻，也被称呼为变阻器；

压敏电阻在承受的电压超过额定值时，其电阻会急剧下降到近似短路的状态，将静电电压引入变阻器并以热能的形式释放出来

TVS是一种二极管形式的高效保护器件； TVS和被保护电路并联，当瞬态电压超过电路的正常工作电压时，TVS二极管发生雪崩击穿，为瞬态电流提供通路，瞬间将能量传递出去，瞬态电流对器件本身并无影响，泄放能量之后TVS又转入反向截止状态；

TVS有单向和双向两种，单向和稳压二极管特性相似，双向TVS的特性相当于两个稳压二极管反向串联

体积小 成本低 使用方便

TVS （Transient Voltage Suppressor， 瞬态电压抑制

器）

ESD保护IC 由专用于ESD保护的二极管构成的集成电路

结面积较大，可泄放瞬态大电流； 小型化的封装； 较低的箝位电压；响应时间快，远小于1ns； 漏电流低； 基本不会因为经受ESD冲击而老化

体积小、便于使用；

可集成不同数目、各种类型的二极管，灵活满足各种ESD保护需求

价格相对较贵

[1] 要达到更好的吸收效果，压敏电阻需要使用更多的材料，这就使压敏电阻体积增加，不利于压敏电阻在小型产品中的应用。

[2] 瞬态电压抑制器被用于抑制瞬态电压，传统用法是防雷、防浪涌；但是，瞬态电压除了是来自于雷击、大容量的负载切换、也有可能来自于静电放电；所以TVS也可被用于ESD保护，甚至于被集成到ESD保护IC中。

（2）特性比较 TVS和压敏电阻：

现在很多TVS产品已经被集成电路化，集成到了ESD保护IC中。例如安森美半导体推出的五款超小型ESD保护IC在1.6 × 1.6 × 0.6 mm的SOT553或SOT563单封装内集成了多个TVS元件，使得电路板空间占用更少、电路板布线被简化、所需元件数量减少。下面是这种类型的TVS产品和压敏电阻的一个比较。

特性变化：ESD脉冲通过压敏电阻后，压敏电阻的特性会发生变化，如图3.5所示，受到冲击后，I-V曲线明显变化；而TVS经受ESD脉冲冲击后不会改变特性，如图3.6所示，脉冲信号经过TVS后，信号的I-V曲线没有改变。

ESD脉冲通过压敏电阻之前 ESD脉冲通过压敏电阻之后

图3.5 脉冲信号通过压敏电阻后，I-V曲线的变化

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信号通过TVS之前 信号通过TVS之后

图3.6 脉冲信号通过TVS后，I-V曲线的变化

体积：压敏电阻的性能完全由其内部材质决定，因此很难在减小尺寸的同时保持或提高性能，封装尺寸从0402到1206。而TVS采用硅芯片技术，可以得到比压敏电阻更小的元件封装尺寸。

性能：TVS有更低的箝制电压、更低的漏电以及更快的响应速度，见图3.7。

图3.7 TVS和变阻器

分立TVS器件和ESD保护IC：

传统TVS一般都是分立器件，此处所作的比较是针对分立TVS器件和ESD保护IC进行。 分立TVS一般用于初级保护，更多地用于承受大部分的大电流或大电压；并且它主要被用于泄放瞬态电压而非ESD尖峰脉冲，瞬态电压的持续时间比ESD尖峰脉冲要长得多、峰值也低得多。随着技术与工艺的进步，TVS被不断改良，现在也开始逐渐应用到便携产品领域，例如安森美半导体已经研发成功了针对高速USB2.0的超高速TVS器件，其电容可以＜5pF。 ESD保护IC主要是基于各种不同类型的二极管（例如齐纳二极管）组成的；ESD保护IC中集成的二极管和普通二极管不同，这些二极管是专为泄放ESD高频高压脉冲而设计，可响应极高频的脉冲和极高的电平，经过几万次ESD放电也不会改变性能，而普通二极管是做不到的。ESD保护IC被广泛用于板级保护，直接靠近线路板上敏感的电路元件或线路，对元件或线路提供保护。相对于分立TVS，ESD保护IC所能承受的功率一般较小，其结电容也低得多。ESD保护IC和分立TVS的对比见表3.2所列，仅供参考。

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表3.2 ESD保护IC和分立TVS的区别

比较项目 抗击能量 抗击电压 响应时间 抑制脉冲 对线路的容性影响 对高速通信的影响 线路中可使用数量

应用场合

ESD 保护IC

小 ＞10kV 或更高

极快 极高速 极低 极低 多个

抑制静电放电（ESD）脉冲

TVS 大 ＞4kV 稍慢 中高速 一般 较高 少量

主要用于防雷击或开关 电源时产生的浪涌电流

2． ESD保护器件的重要参数 （1）ESD标准

选择ESD保护器件时需要学会解读ESD保护器件的关键参数。由于各半导体公司的ESD器件数据手册是参考不同的国际ESD标准来撰写，所以还需要简单了解该公司的ESD器件的数据手册是参考何种国际标准来撰写：

 IEC61000-4-2（ESD静电放电）；  HBM MIL-Std.883（ESD静电放电）；  IEC61000-4-4（EFT快速瞬变脉冲群）；  IEC61000-4-5（浪涌抗扰度）。

例如，今天国际公认的系统级ESD标准是IEC 61000-4-2。制造商广泛采用该标准模拟人体接触所产生的ESD。它不但对保证产品可靠性十分重要，而且通常产品要想进入国际市场就必须达到该标准。

（2）峰值电流IPP

当ESD保护器件承受瞬态高能量冲击时，ESD保护器件中流过的电流的峰值为IPP。超过这个电流，将导致ESD保护器件的永久性损坏。

（3）反向最大工作电压VRWM

ESD保护器件在标称的VRWM电压范围内VRWM反向最大工作电压(Reverse work Max voltage)，

能够正常对数据线进行保护，如果线上电压超过VRWM，ESD保护器件将处于高阻状态。ESD保护器件的反向最大工作电压应大于被保护线路工作电压，如图3.8所示。

图3.8 ESD保护器件的反向最大工作电压

（4）VC箝位电压

所谓箝位电压，就是当出现ESD现象时器件两端维持的电压。因此，这也是当时被保护电路所承受的电压。箝位电压过高会导致被保护器件承受的电压过高，从而增大故障概率。例如，12V的脉冲信号，经过NXP半导体的ESD保护器件PESD5V0L2BT后，电压被箝位在5V。

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图3.9 VC箝位电压示意图

（5）VBR

VBR是TVS最小的击穿电压，在25℃时， 低于这个电压TVS是不会发生雪崩击穿的。这也是当TVS流过规定的反向电流IR时TVS 两极所测量到的电压，此时TVS处于低阻抗导通状态。一般情况下VBR高于VRWM。

图3.10 VBR示意

（6）PPP 峰值脉冲功率

，描述了TVS或其它被用于ESD保护的二极管瞬间所能PPP峰值脉冲功率（Peak Pulse Power）

通过的最大功率值。在给定的最大箝位电压下，峰值脉冲功率越大，其浪涌电流的承受能力越大。

[1]

如图3.11所示，NUP2105的峰值功率为350W@8/20μs，意指NUP2105在通过8/20μs脉冲波时，所能承受的最大功率为350W。

[1] 8/20μs脉冲波是这样的一种ESD脉冲：8μs电压升到100% Ipp，20μs后降到50% Ipp的脉冲，这个脉冲的定义是来自于国际上的ESD标准IEC61000-4-5（浪涌抗扰度）。见图3.11。

图3.11 8/20μs脉冲波的定义

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（7）结电容

Cd为ESD保护器件引脚的寄生电容。当考虑在通信线路上连接ESD保护器件时，需要考虑ESD保护器件的结电容；线上的通信速率越高，线路上使用的ESD保护器件的结电容就要越低，否则ESD保护器件本身就将影响数据信号。例如，在一些射频(RF)应用里，外加结电容较高的ESD防护二极管后，其接收灵敏度会受到影响。如图3.12所示，可以看出，当保护的通信线路的通信频率＞100MHz时，Cd必须＜10pF。NXP半导体的PRTR5V0U2X的Cd远低于1pf，非常适合用于USB2.0等高速通信场合。

图3.12 ESD保护通道通信速率与结电容的关系

结电容也常被称呼为线电容，符号是Cline，在一些半导体公司的数据手册里很常见。 （8）IR@VRWM 最大反向漏电流

IR@VRWM ，Max Reverse Leakage Current。在最大反向电压的作用下，ESD保护器件中流过的电流，其值越小ESD保护器件对被保护电路影响越小；此外，漏电流的严格控制也可以有效地降低整个电子、电器产品的功耗。

（9）响应时间

ESD保护器件将输入的大电压钳制到预定电压的时间。ESD器件必须快速动作，这样才能使上升时间低于纳秒的ESD冲击上升时间。

（10）保护线路数目

ESD保护IC有单通道和多通道的，应用方面有些不同。例如，NXP半导体的PESD5V0S1BL是单通道的双向保护器件，每个只能保护一路，用法见图3.13。

图3.13 单通道ESD保护器件应用示意图

多通道的ESD保护IC，可以同时用于多路线路的保护，减少芯片数量，降低成本。如手机中的SIM卡的保护，见图3.14。

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图3.14 多通道ESD保护器件应用示意图

3． NXP半导体的ESD保护器件

以NXP半导体公司的产品为例来介绍一些常见的ESD保护器件。 （1）NXP半导体公司：PESD系列

简介：

PESD系列是基于齐纳二极管的ESD保护IC，高压脉冲通过反向导通释放掉，图3.15展示了本系列器件的保护功能。

图3.15 基于齐纳二极管的ESD保护功能示意

特性与应用：

 按其结电容大小，PESD系列可划分为：标准（＞50pF）、低（<=50pF）、很低（<=20pF）、

极低（<=5pF）等多个档次；  其工作电压不可编程，只能按照固定的电压档来选择，且只需要一个参考电压（一般是

Vss）；价格便宜，可用于保护I/O线路；  本器件还分为单向和双向两种极性，下面分别叙述单向器件和双向器件的使用方法。 a．单向系列

单向系列的器件，反向端接被保护的线路、正向端接地，可以释放反向端输入的超过VRWM

的正ESD脉冲，使得脉冲高压不能进入到IC，从而起到保护IC的作用；但是单向PESD系列按上面的接法不能保护从正向端输入的负ESD脉冲，如果要释放负ESD脉冲，那么需要反接，其反向端接地，正向端接被保护线路，如图3.16所示。

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图3.16 PESD单向保护器件反接示意图

b．双向系列

双向系列的ESD保护器件，一端接须保护的线路、另一端接地。这样，无论来自反向还是来自正向的ESD脉冲均被释放，更有效地保护了IC。图3.17为双向PESD器件释放正向ESD脉冲的示意图，图3.18为双向PESD器件反向保护示意图。

图3.17 基于齐纳二极管的双向ESD保护器件正向保护示意图

图3.18 基于齐纳二极管的双向ESD保护器件反向保护示意图

c．单向系列和双向系列的选择

选择单向还是双向的依据是什么呢？

 单向系列应用于对单极性信号，所谓的单极性信号对地是正向（或者负向）；

 双向系列应用于双极性的信号，双极性的信号既高于又低于地，即双极性的信号，如

RS-232C、运放等。

（2）NXP半导体：PRTR系列 简介：

NXP半导体的PRTR系列ESD保护IC是RTR器件，RTR即Rail-to-Rail，可翻译成“轨到

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轨”。

是用两个开关二极管串联，两个开关二极管之间和两个开关二极管的另外两端都这种器件，

被引出。两个开关二极管之间的一端接入被保护的线路；另外两端，一端VREF1接正参考源（一般接电源），一端VREF2接负参考源（一般接地）。因二极管导通压降0.7V，故信号电压范围被在VREF1+0.7V～VREF2-0.7V之间。当被保护的线路上有ESD脉冲进入，正向ESD脉冲会将脉冲释放到正参考源，负向ESD脉冲会释放到负参考源，RTR型器件连接方法如图3.19所示。

图3.19 RTR型器件连接方法

但是光“轨到轨”的保护还不够安全，释放到正参考源上的高压还可能进入到被保护线路，可能对被保护线路造成损坏，因此NXP推出的PRTR系列在轨到轨开关二极管的基础上，在正参考源到负参考源之间增加了一个齐纳二极管，使得超过电源的瞬时脉冲电压能快速释放到地，从而更有效地保护了电路，其内部结构如图3.20所示。

图3.20 PRTR器件内部结构图

特性和应用：

 其结电容一般<10pF；

 其工作电压可以编程，需要两个参考源；

 价格稍贵，一般用于正负电平的数据通讯场合或高速通讯场合。 （3）NXP半导体：IP系列

IP系列是NXP为手持电子设备和消费类电子产品保护高速通讯端口而推出的ESD保护IC，它不但包含ESD保护功能，还集成了EMI滤波、电平切换、缓冲等功能，使之满足对成本和电路板空间都有苛刻要求的应用，如：手机、VGA、LCD TV、HDMI、USB、音频、视频、TCP/IP、STB、LVDS等。IP系列的专用性比较强，此处不作统一介绍。 3.1.4 ESD保护器件选型

本小节主要是说明ESD保护IC的选型，不涉及其它ESD保护器件。 1． 选型方法

（1）根据传输速率进行选择

首先，需要根据按照ESD保护器件的电容是否满足应用中传输速率的要求来进行选择：

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 标准ESD保护，满足大功率(高于100瓦)、最低钳位电压要求，适用于键区、按钮、电

池接头、充电器接口等的保护，电容在1,000 pF至100 pF之间；  高速ESD保护，要求数据传输率更快、低电容，应用于USB1.1、USB2.0 FS、FM天

线、SIM卡和音频线路等，电容在40 pF至5 pF；



超高速ESD保护，如USB2.0HS (低于1 pF)、HDMI、RF天线等，TVS电容在5 pF以下，要求电容值小。

以NXP半导体为例，请看图3.21，图中标明了不同应用领域对应的传输速率和需求的结电容值，以及相应的产品系列。

图3.21 ESD保护器件选型参考图

（2）根据其它参数综合考虑

 根据被保护电路的工作信号电压选择合适的VRWM；  再根据保护极性选择单向或双向ESD保护器件；

 考虑ESD保护器件是否满足应用中所需要的ESD等级，例如该器件的ESD防护等级

是否满足IEC61000-4-2（ESD静电放电标准）；  考虑PPP峰值功率，判断该ESD保护器件是否能承受应用中的ESD脉冲或瞬压；  根据需要保护的管脚（线路）数量，选择单路或多路的ESD保护器件。若需要保护多路信号并且布线方便，可以考虑使用多路ESD保护器件；若布线复杂，则可以组合使用多个单路ESD保护器件，以便更接近被保护管脚。

注： ESD保护器件放置在连接器或端口处最为有效，这样能够使得ESD脉冲在进入电路板之前就被有效抑制；若错误地放置ESD保护器件，ESD保护器件将无法发挥作用。

2． 选型举例

（1）在底部连接器应用中选型

底部连接器设计广泛应用在移动消费类产品上，目前市场上应用底部连接器的产品主要为移动电话、PDA、数码相机以及MP3等便携产品。此端口可能会受到高能量的冲击，又由于是直流回路，可选用高电容的ESD保护IC或TVS。

（2）在普通数据线路应用中选型

在嵌入式系统应用中，普通数据线路极易受到ESD冲击，导致数据紊乱，所以采用ESD保护器件保护普通数据线路十分必要。以NXP半导体公司的PESDxS2UT为例，其典型应用电路如图3.22所示。

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图3.22 ESD在普通数据线上的应用

下文列出几种常用的保护普通数据线路的ESD保护器件，具体信息见表3.3。

表3.3 普通数据线路保护ESD保护器件

最大反向漏电流

结电容

和最大反向工作

典型值 保护线

电压 型号

路数目

IR VRWMTyp μA (V) （pF）

PESD3V3S2UT 2 2 3.3 207 PESD3V3L1BA 1 2 3.3 101 PESD24VS1UB 1 0.05 24 23 NP0080TA 2 0.5 8 4 NUP412VP5 4 0.5 9 6.5 最大值 VESD （kV）

30 30 23 8 30

生产厂商

NXP ON

注：详细的ESD保护器件资料，请到网站http://www.zlgmcu.com “ESD/TVS”专栏下载。

（3）在USB系统应用中选型

USB端口是热插拔系统，极易受到由用户或空气放电造成的ESD影响：用户在插拔任何USB外设时都有可能产生ESD，在距离USB端口导电面的几英寸的位置也可能产生空气放电。静电放电会损害USB接口，造成USB集成电路的“硬性损伤”或元件损坏。

全新低电容瞬态抑制二极管阵列可用于USB2.0或者USB1.1元件的ESD防护，这些产品还具有良好的滤波功能。以安森美半导体的ESD芯片NUP4114UPXV6为例，其典型应用电路如图3.23所示。

图3.23 NUP4114UPXV6在USB系统中的典型应用电路

以NXP半导体的ESD芯片PRTP5V0U2X为例，其典型应用电路如图3.24所示。

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图3.24 PRTP5V0U2X在USB系统中的典型应用电路

下面列出几种常用的保护USB系统的ESD保护器件，具体信息见表3.4。

表3.4 USB电路保护ESD保护器件

结电容 典型值 保护线

型号

IR VRWMTyp 路数目

μA (V) （pF）

PRTP5V0U2X 2 0.1 3 1 最大反向漏电流

PRTP5V0U2AX 2 0.1 3 PRTR5V0U4D 4 0.1 3 NUP4114UPXV6 4 1.0 5.0 NUP4202W1 4 5.0 5.0 NUP2202W1 2 5.0 5.0 1.8 1 0.8 3.0 3.0 最大值 VESD （kV） 8 12 8 8 8 8

生产厂商

NXP

ON

注：详细的ESD保护器件资料，请到网站http://www.zlgmcu.com “ESD/TVS”专栏下载。

（4）在CAN总线应用中选型

CAN总线初期主要应用于汽车电子中，目前已经广泛应用于各种短距离的总线场所。ESD脉冲是影响网络通讯、损坏设备的主要原因之一。设计CAN-bus电路时，可以选择微型封装的CAN专用ESD保护元件，以对抗ESD及其他破坏性电压突变脉冲，大大增强系统的可靠性。 CAN-bus专用的ESD保护器件，如NXP PESD1CAN或安森美半导体的NUP2105L，均可满足8kV接触放电、16kV空气放电的ESD测试指标。以NXP半导体的芯片PESD1CAN为例，其典型应用电路如图3.25所示。

图3.25 ESD保护器件在CAN总线中的典型应用电路

下文列出几种常用的保护CAN总线的ESD保护器件，具体信息见表3.5。

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表3.5 CAN总线保护ESD保护器件

结电容

保护线典型值

生产厂商 型号

路数目IR VRWMTyp

μA (V) （pF）

NXP PESD1CAN 2 0.05 24 11 最大反向漏电流

ON

NUP2105L 2 0.1 24 30 NUP1105L 2 0.1 24 30 最大值 VESD

（kV）

23 30 30

注：详细的ESD保护器件资料，请到网站http://www.zlgmcu.com “ESD/TVS”专栏下载。

（5）在音频电路应用中选型

在音频数据线路保护方面，由于音频回路的信号速率比较低，对器件结电容的要求不高，100pF左右也是可以接受的。在手机设计中，有的手机是耳机和麦克风组合在一起，有的则是耳机线路与麦克风线路分隔开来。对于前一种情况，可以选择单路ESD保护器件；对于后一种情况，如果两个回路是邻近的，则可以选用一个多路ESD保护器件完成两个回路的保护。

以NXP半导体的芯片PESD5V0L5UV为例，其典型应用电路如图3.26所示。

图3.26 ESD保护器件在音频电路中的典型应用电路

下文列出几种常用的保护音频电路的ESD保护器件，具体信息见表3.6。

表3.6 音频电路ESD保护器件

结电容

保护线典型值

型号

路数目IR VRWMTyp

μA (V) （pF）

PESD5V0L5UV 5 0.025 5 16

最大反向漏电流

PESD5V3L5UV 5 0.3 3.3 16

BZA418A 4 0.075 14 37 NUP4202W1 4 5.0 5.0 3.0 ON

ESD9X12ST5G 1 1.0 12 ESD9X5.0ST5G 1 1.0 5 30 65

最大值 VESD

（kV） 20 20 8 8 30 30

生产厂商

NXP

注：详细的ESD保护器件资料，请到网站http://www.zlgmcu.com “ESD/TVS”专栏下载。

（6）在SD卡电路应用中选型

SD卡作为需要频繁插拔的设备，在操作过程中很容易受到人体静电的冲击而受到破坏。若在电路中加入ESD保护器件，可有效地防止ESD冲击对电路的损坏，大大提高SD卡读写操作的稳定性。以NXP半导体的PESD5V0L6UAS为例，其典型的应用电路如图3.27所示。

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图3.27 ESD保护器件在SD卡电路中的典型应用

下文列出几种常用的保护SD卡电路的ESD保护器件，具体信息见表3.7。

表3.7 SD卡电路ESD保护器件

结电容

保护线典型值

型号

路数目IR VRWMTyp

μA (V) （pF）

PESD5V0L6UAS 6 0.025 5 16

最大反向漏电流

PESD3V3L4UG 4 0.3 3.3 PESD5V0L4UW 4 0.025 5 22 16

最大值 VESD

（kV） 20 20 20

生产厂商

NXP

注：详细的ESD保护器件资料，请到网站http://www.zlgmcu.com “ESD/TVS”专栏下载。

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