1 引言

ESD 事件通常通過(guò)用戶接口（如電纜連接）或人工輸入設(shè)備（如鍵盤(pán)上的某個(gè)按鍵）迫使電流 I_ESD （參閱 圖 1-1）迅速進(jìn)入系統(tǒng)。使用 TVS 保護(hù)系統(tǒng)免受 ESD 影響，取決于 TVS 能否將 I_ESD 分流到地。要優(yōu)化 PCB 布局實(shí)現(xiàn) ESD 抑制，很大程度上需要設(shè)計(jì)出阻抗盡可能小的 I_ESD 接地路徑。在 ESD 事件中，提供給受保護(hù)集成電路（受保護(hù) IC）的電壓 V_ESD 是 I_ESD 和在其上的電路阻抗的函數(shù)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員無(wú)法控制 I_ESD，所以降低對(duì)地阻抗是將 V_ESD 最小化的主要方法。

降低阻抗需要解決一些難題。主要問(wèn)題在于，阻抗不能為零，否則受保護(hù)的信號(hào)線路就會(huì)對(duì)地短路。為了能夠在實(shí)際中應(yīng)用電路，受保護(hù)的線路需要能夠保持一定的電壓，通常具有高對(duì)地阻抗。這就是 TVS 適用的原因。降低阻抗需要解決一些難題。主要問(wèn)題在于，阻抗不能為零，否則受保護(hù)的信號(hào)線路就會(huì)對(duì)地短路。為了能夠在實(shí)際中應(yīng)用電路，受保護(hù)的線路需要能夠保持一定的電壓，通常具有高對(duì)地阻抗。這就是 TVS 適用的原因

TVS 是一個(gè)二極管陣列（參閱圖 1-2 查看典型示例），其排列對(duì)電路中正常存在的電壓有極高的阻抗，但如果電壓超過(guò)設(shè)計(jì)范圍，在 I_ESD 損壞受保護(hù)的系統(tǒng)之前，TVS 二極管將擊穿并將 I_ESD 分流到地。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要降低針對(duì) I_ESD 從 ESD 源經(jīng) TVS 至地的阻抗。

提供給 I_ESD 的阻抗是 TVS 的固有阻抗（在 TVS 二極管陣列和封裝中）以及 ESD 源與 TVS 接地之間的 PCB 布局的函數(shù)。TVS 通常設(shè)計(jì)成在其整體設(shè)計(jì)限制允許的范圍內(nèi)為 I_ESD 提供盡可能低的接地阻抗。選擇適當(dāng)?shù)?TVS 后，降低 PCB 布局上 ESD 源與 TVS 接地之間的阻抗是設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵階段。

快速變化的 I_ESD 產(chǎn)生的另一個(gè)問(wèn)題是，其關(guān)聯(lián)的快速變化的電磁場(chǎng) (EM) 會(huì)導(dǎo)致干擾 (EMI) 耦合到 PCB 的其他電路上，在 ESD 源和 TVS 之間的區(qū)域尤其如此。一旦 TVS 將 I_ESD 分流到地，TVS 與受保護(hù) IC 之間的布線應(yīng)該相對(duì)而言不受 EMI 的影響。因此，在 ESD 源與 TVS 之間，未受保護(hù)的電路不應(yīng)與 ESD 保護(hù)電路的布線相鄰。為了將 EMI 輻射降至最低，理想情況下，ESD 源與 TVS 之間的電路布線不應(yīng)有超過(guò) 45° 的拐角，或是具有大半徑的曲線。

在如今的 PCB 布局中，布板空間非常寶貴。IC，包括 TVS，都必須設(shè)計(jì)得非常緊湊。另外，IC 在 PCB 上的放置密度也在不斷地增加。多層 PCB 電路板和布線很大程度上依賴過(guò)孔來(lái)盡可能提高密度，從而減小系統(tǒng)尺寸，同時(shí)增加系統(tǒng)的特性設(shè)置。這種 PCB 架構(gòu)（特別是與層交換和過(guò)孔相關(guān)）在通過(guò) TVS 將 I_ESD 分流到地的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。使用過(guò)孔將電路布線到 TVS 的方式可能會(huì)在受保護(hù) IC 上產(chǎn)生巨大的 V_ESD 電壓差。通常，在 ESD 源和 TVS 之間放置過(guò)孔有不利影響，但在某些情況下，設(shè)計(jì)人員不得不出此下策。即便在上述情況下，如果處理得當(dāng)，仍然可以在受保護(hù) IC 上盡可能降低 V_ESD。

接地方案對(duì)于防止 ESD 非常關(guān)鍵。對(duì) TVS 使用機(jī)箱接地（不同于電感實(shí)現(xiàn)的數(shù)字和/或模擬接地），可以很好地避免 ESD 相關(guān)失效。然而，在多個(gè)接地平面上布線高速電路時(shí)，這會(huì)帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。因此，許多設(shè)計(jì)對(duì)受保護(hù)電路使用公共接地。接地平面對(duì)于 TVS 成功消耗 I_ESD 卻不增加 V_ESD 必不可少。地面接地機(jī)箱的電氣連接，如用于機(jī)箱螺絲的 PCB 接地通孔，直接臨近 TVS 接地和 ESD 源的接地（例如，連接器屏蔽層），為受保護(hù) IC 處的接地偏移保持在最低限度提供了合理的方法。如果系統(tǒng)無(wú)法利用機(jī)箱地面接地，緊密耦合的多層接地平面可幫助將受保護(hù) IC 處的接地漂移保持在最低限度。

總結(jié)這些參數(shù)，成功地保護(hù)系統(tǒng)免受 ESD 影響的因素包含：

• 控制 TVS 周圍的阻抗，以消耗 ESD 電流 I_ESD
• 限制 EMI 對(duì)未受保護(hù)的電路的影響
• 正確使用過(guò)孔以將 TVS 消耗的 ESD 最大化
• 為 TVS 設(shè)計(jì)阻抗極低的接地方案