TVS二极管（ESD保护二极管）

揭开TVS二极管（ESD保护专家）的神秘面纱

TVS二极管，即Transient Voltage Suppressor，是电路设计中的重要保护元件，它以齐纳效应为基础，专为抵御ESD（Electrostatic Discharge）和过压浪涌而生。它们通过独特的设计，确保信号线路在面临突发冲击时的安全。

原理与类型

• 反向击穿机制：齐纳或雪崩效应起作用，依赖于二极管的掺杂浓度和环境温度。在极端条件下，TVS二极管会自动导通，分放示波器中的过电压。


• 专为不同场景设计：ESD保护二极管（0.12pF-100pF）针对ESD事件，而浪涌保护齐纳（100pF-600pF）则应对宽脉冲冲击，各有其特定的电容范围。


• 与稳压二极管的对比：保护二极管更像是一个电压钳位器，当过压出现时，它会迅速响应，而稳压二极管则致力于提供恒定的电压输出。

TVS的工作原理在于，正常情况下它仅允许微小电流通过，但在浪涌时，它能迅速分放示波器，保护敏感电路不受损害。

关键特性与应用

ESD保护二极管在信号线路和地之间提供一道防线，形成一个低通滤波器，可能对信号传输产生微妙影响。在浪涌保护时，动态电阻低的二极管能更有效地分流电流。选择时，务必考虑信号频率与总电容的平衡，尤其是通过EAP工艺，通过串联小面积高VBR和大面积低VBR二极管来优化电容和ESD抗扰性能。

选型与布局

• 信号极性的选择：单向或双向二极管取决于信号类型（模拟或数字），单向保护正负信号，双向则适合地（GND）范围信号。


• ESD保护特性：低动态电阻、低钳位电压和双向吸收能力是关键性能指标，确保保护器件免受损害。


• 选型策略：兼顾信号质量、保护性能和耐受性，参照IEC标准进行测试。

布局时，TVS二极管应放置在ESD源附近，减少与保护器件串联线路上的电感，并避免与敏感线路平行，以最大程度地提高保护效果。

极限参数与电气特性

• 峰值反向电压（VRWM）：高阻抗，确保信号线不受过电流冲击。


• 总电容（Ct）：包括结电容和封装寄生电容，随反向电压的上升而减小。


• 动态电阻（RDYN）：衡量ESD性能，反向电压增大时电流变化的陡峭程度。


• 反向击穿电压（VBR）：定义为1mA时的保护起始电压。


• 反向电流（IR）：在VRWM下的漏电流，是ESD保护二极管的性能指标。


• 钳位电压（VC）：特定峰值脉冲电流下的最大电压钳制值。

图7.1：揭示TVS二极管的电压-电流响应图，生动展示其在保护过程中的行为

理解这些关键参数，将帮助您在实际应用中精确选择和布局TVS二极管，确保信号线路在面对ESD和过压挑战时的稳固与安全。