中心論題：

• 怎樣保護(hù)高速信號(hào)線
• 如何替代多層變阻器

解決方案：

• 采用英飛凌ESD8V0L1B-02LRH二極管配置
• 采用TSLP封裝的ESD保護(hù)二極管

由于電子應(yīng)用要求的不斷發(fā)展，現(xiàn)代的集成電路需要更高的工作頻率和更小的封裝。因此，現(xiàn)在的電子系統(tǒng)要承受更大的ESD沖擊，ESD保護(hù)問題變得越來越重要。一般而言，設(shè)計(jì)者都要求器件的尺寸盡可能最小，但不能影響數(shù)字和模擬信號(hào)的質(zhì)量。這兩點(diǎn)要求必須與最高等級(jí)的ESD保護(hù)結(jié)合起來。

英飛凌的ESD8V0L系列ESD保護(hù)二極管器件的設(shè)計(jì)靈活，具有尺寸小、電容值小等特點(diǎn)。可以使用這些器件保護(hù)高速數(shù)據(jù)接口，如USB2.0、10/100M以太網(wǎng)、火線(Firewire)、視頻、串行/并行以及LAN/WAN接口。這些ESD保護(hù)器件的尺寸很小，而且它們符合IEC61000標(biāo)準(zhǔn)(表1)，具有高達(dá)25kV接觸放電的ESD保護(hù)能力。

這些ESD保護(hù)器件采用的TSLP封裝的外形極其小巧。與SC79相比，TSLP-2-7封裝尺寸小，高度低(最大只有0.4mm，其已成為市場(chǎng)的基準(zhǔn))。特別是對(duì)于快速發(fā)展的移動(dòng)電話和消費(fèi)/IT市場(chǎng)(ESD8V0L系列專門針對(duì)該市場(chǎng)開發(fā))而言，對(duì)高度降低的需求極其重要。因此，使用TSLP封裝可以節(jié)省空間并提高設(shè)計(jì)靈活性。

高速能力
對(duì)于高頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)完整性而言，ESD二極管的電容值是至關(guān)重要的特性。圖4說明了高速信號(hào)線(如USB2.0)怎樣輕松地被保護(hù)。為了對(duì)USB2.0集線器和USB2.0器件進(jìn)行可靠地ESD保護(hù)，必須在兩根信號(hào)線上都實(shí)現(xiàn)ESD保護(hù)。

為了通過眼圖比較不同ESD二極管電容的效果，根據(jù)USB2.0規(guī)范對(duì)USB2.0測(cè)試裝置進(jìn)行評(píng)估。采用USB2.0 6號(hào)測(cè)試模板來展示完整的USB2.0傳輸鏈路效果，傳輸鏈路從USB2.0驅(qū)動(dòng)器的輸出端(發(fā)送器輸出管腳)開始。該鏈路裝置包含TX和RX側(cè)(每側(cè)為 5pF)的PCB電容效應(yīng)、兩個(gè)ESD保護(hù)電路(集線器和器件上的ESD二極管)、USB電纜(5米長(zhǎng)，損耗符合規(guī)范)和接收器的輸入電容(5pF)。

表1：IEC61000標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)列表
 

圖1：ESD8V0L1B-02LRH和ESD8V0L2B-03L 
 
圖2：放在糖晶體旁的TSLP封裝

圖3：SC79與TSLP-2-7的對(duì)比
 
圖4：兩根信號(hào)線的雙向保護(hù)

如圖4所示，USB2.0傳輸鏈路的差分?jǐn)?shù)據(jù)線應(yīng)連接至ESD8V0L2B-03L的管腳1和管腳2上。二極管的管腳3接地。由每個(gè)二極管產(chǎn)生的線路電容都是4pF，差分線間的電容為2pF。

可通過對(duì)每條線路使用一個(gè)ESD8V0L2B-03L來進(jìn)一步降低線路電容。將ESD8V0L2B-03L二極管的管腳1(或管腳2)與USB數(shù)據(jù)線相連，另一個(gè)管腳接地，保護(hù)二極管的電容值被降低至2pF。采取這種方式時(shí)，管腳3一直保持浮接(未連接)，保護(hù)電路如圖5所示。第二條USB數(shù)據(jù)線采用同樣方式進(jìn)行保護(hù)。

兩種配置都可以卸掉超過IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)的15kV接觸放電脈沖。如果需要更高的防護(hù)能力，建議采用圖5所示的英飛凌ESD8V0L1B-02LRH二極管配置。該配置可實(shí)現(xiàn)高達(dá)25kV接觸放電的保護(hù)等級(jí)。

圖5：一根信號(hào)線的雙向保護(hù)

圖6：用ESD8V0L2B-03L進(jìn)行的480Mbps數(shù)據(jù)傳輸模擬試驗(yàn)，在每根數(shù)據(jù)線和接地線之間產(chǎn)生4pF的額外Ct

圖7：用ESD8V0L2B-03L進(jìn)行的480Mbps數(shù)據(jù)傳輸模擬試驗(yàn)，在每根數(shù)據(jù)線和接地線之間產(chǎn)生2pF的額外Ct

將ESD8V0L2B-03L ESD二極管用于USB2.0數(shù)據(jù)鏈路不會(huì)影響數(shù)據(jù)完整性。對(duì)于圖4和圖5所描述的裝置，得到的眼圖符合USB2.0測(cè)試規(guī)范，還具有安全的余量，即使USB2.0驅(qū)動(dòng)器和接收器的總?cè)萘?包括印刷電路板的影響)達(dá)到10pF。另一方面，市場(chǎng)上普遍使用的ESD保護(hù)二極管(Ctyp為10pF)可能會(huì)在這個(gè)USB測(cè)試裝置中無法通過(圖8)。

圖8：用傳統(tǒng)的10pF ESD保護(hù)二極管進(jìn)行的480Mbps傳輸模擬試驗(yàn)

替代多層變阻器
多層變阻器不具備技術(shù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中安全所需的高性能和高品質(zhì)。使用變阻器的設(shè)計(jì)者必須處理性能下降的影響以及高的、不精確的鉗位電壓，這會(huì)導(dǎo)致IC損壞和電路故障的風(fēng)險(xiǎn)。與ESD保護(hù)二極管相比，變阻器的另一個(gè)主要劣勢(shì)是高泄漏電流，這在移動(dòng)通信應(yīng)用中是不能接受的。此外，在生產(chǎn)過程中，對(duì)采用TSLP封裝的ESD保護(hù)二極管的操作是很容易的，而多層變阻器經(jīng)常會(huì)面臨焊接和良品率下降的問題。