选择保护二极管以保护高速接口免受 ESD 冲​​击的三个步骤

ESD（Electro-Static discharge）的意思是“静电释放”。ESD是20世纪中期以来形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科。防止静电首先要设法不使静电产生；对已产生的静电，应尽量限制，使其达不到危险的程度。其次使产生的电荷尽快泄漏或中和，从而消除电荷的大量积聚。国际上习惯将用于静电防护的器材统称为“ESD”，中文名称为静电阻抗器或者静电抑制器。ESD静电二极管是一种瞬态过压、防静电保护元件，是为高速数据传输应用的I/O端口保护设计的器件，ESD保护器件是用来避免电子设备中的敏感电路受到ESD(静电放电)的影响。可提供非常低的电容，具有优异的传输线脉冲（TLP）测试，以及IEC6100-4-2测试能力。适用于USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口。因此在静电防护方案设计中使用ESD静电二极管是最佳的选择。

USB 和高清多媒体接口 (HDMI) 在过去三年中进行了大修，提高了这些协议的数据速率和吞吐量。HDMI 2.0 的数据速率已增长到 6Gbps，USB Type-C USB 3.1 Gen 2 的数据速率已增长到 10Gbps。数据速率的提高可实现更高分辨率的视频和更快的数据传输，但也使得使用这些协议的系统更难保护静电放电 (ESD) 来袭。

为 USB Type-C 和 HDMI 2.0 系统选择 ESD 保护二极管需要考虑三件事：

1. 二极管的 I/O 电容。

2. 二极管的钳位电压。

3. 器件封装和占位面积。

曾经很难找到适合所有这三个考虑因素的ESD 保护二极管，但 TI 的新低电容器件系列可以帮助解决 ESD 保护挑战。例如，TPD4E02B04 可以为 USB Type-C 和 HDMI 2.0 系统提供 ESD 保护，具有低电容、低钳位电压和小尺寸/易于布线的封装。

二极管电容

TPD4E02B04 是一款基于四通道瞬态电压抑制器 (TVS) 的 ESD 保护二极管，具有极低的电容。该器件的典型电容为 0.27pF，最大值为 0.37pF。这种低电容支持使用高带宽二极管，如图 1 中的插入损耗图所示。图 2 和图 3 显示 TPD4E02B04 可以通过 HDMI 2.0 眼图和 USB Type-C USB 3.1 Gen 2眼图对信号完整性影响很小。

图 1：TPD4E02B04 差分插入损耗

图 2：USB 3.1 Gen 2 眼图（使用 TPD4E02B04）

图 3：HDMI 2.0 6Gbps TP2 眼图（使用 TPD4E02B04）

钳位电压

选择具有足够低电容的 ESD 保护二极管对于发送和接收高速信号至关重要，但如果该器件没有足够低的钳位电压，它将无法保护系统免受 ESD 冲击。TPD4E02B04 在 ESD 冲击期间支持低钳位电压，具有 0.47Ω 的低动态。凭借这种低动态特性，TPD4E02B04 在 5A 传输线脉冲 (TLP) 下提供 8.8V 的钳位电压，从而在 ESD 事件期间保持系统安全。

封装和布局

封装是高速 ESD 保护的重要考虑因素，便于布局和小尺寸。HDMI 和 USB Type-C 连接器均具有 0.5mm 引脚间距和高引脚密度。重要的是有一个易于布线且足够小以适合连接器尺寸的封装。TPD4E02B04 具有与 HDMI 和 USB Type-C 连接器匹配的 0.5mm 引脚间距。它还具有流通路由，使信号走线能够直接穿过封装。

图 4 和图 5 显示了使用 TPD4E02B04 进行高速信号保护的 HDMI 和 USB Type-C 的示例布局。

图 4：HDMI 2.0 Type-A 发射器端口布局

图 5：具有一侧 ESD 布局的 USB Type-C 中型安装混合连接器

因此，在为高速数据速率选择 ESD 时，请始终考虑电容、钳位电压和封装。这样做将确保我们的 ESD 保护解决方案不会干扰高速信号、可靠地防止 ESD 冲击并且易于实施。

ESD静电二极管具有体积小、无极性、反应速度快等诸多优点,现在的设计中使用静电抑制器作为防护器件的比例越来越多，尤为适用于USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口。且ESD静电二极管采用可控硅结构，保护电压和钳位电压较低，产品不易老化，可以很好的保护被保护设备不受损坏，可长期多次使用。