單向ESD保護(hù)器和雙向ESD保護(hù)器的區(qū)別
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摘要 : 大家都知道，一個(gè)物體與另一個(gè)物體接觸或摩擦?xí)a(chǎn)生電荷并積累，就比如我們的皮膚在經(jīng)常與物體接觸和摩擦中失去電子，從而積累正電荷。當(dāng)積累了很多的正電荷之后，這時(shí)如果與一個(gè)導(dǎo)體接觸或距離非常近時(shí)，電子就會(huì)從導(dǎo)體快速轉(zhuǎn)移到我們的身體上
大家都知道，一個(gè)物體與另一個(gè)物體接觸或摩擦?xí)a(chǎn)生電荷并積累，就比如我們的皮膚在經(jīng)常與物體接觸和摩擦中失去電子，從而積累正電荷。當(dāng)積累了很多的正電荷之后，這時(shí)如果與一個(gè)導(dǎo)體接觸或距離非常近時(shí)，電子就會(huì)從導(dǎo)體快速轉(zhuǎn)移到我們的身體上，電子快速轉(zhuǎn)移的過程就被稱為靜電釋放，簡(jiǎn)稱ESD（Electro-Static discharge）。
ESD是20世紀(jì)中期以來(lái)形成的以研究靜電的產(chǎn)生、危害及靜電防護(hù)等的學(xué)科。因此，國(guó)際上習(xí)慣將用于靜電防護(hù)的器材統(tǒng)稱為ESD，中文名稱為靜電阻抗器。
一般而言，ESD可能會(huì)高達(dá)上千伏特，這會(huì)對(duì)比較敏感的半導(dǎo)體和集成電路造成損害。ESD在集成電路系統(tǒng)中對(duì)裸露在外的接口有非常重要的作用，當(dāng)帶有電荷的物體比如人類靠近或者接觸這些接口的時(shí)候，ESD電流會(huì)釋放在PCB上，這很容易對(duì)電路造成損害。
為了防止系統(tǒng)損傷，我們可以在靠近接口的位置放置一個(gè)ESD保護(hù)二極管。當(dāng)ESD靜電打上接口時(shí)，ESD保護(hù)二極管會(huì)將電流引向地，從而起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。
如圖所示，在接口信號(hào)向系統(tǒng)傳輸?shù)倪^程中，ESD保護(hù)二極管應(yīng)該處于隱形狀態(tài)，并且沒有電流流過。然而，當(dāng)一個(gè)ESD攻擊事件發(fā)生時(shí)，二極管兩端的電壓超過一個(gè)稱為擊穿電壓的特定閾值，二極管開始導(dǎo)通，并將電流分流到地。
讓我們仔細(xì)觀察一下這個(gè)電流電壓曲線，我們定義當(dāng)二極管流過的電流為1毫安時(shí)，二極管達(dá)到擊穿電壓，當(dāng)輸入的電壓小于二極管的擊穿電壓時(shí)，理想情況下二極管流過的電流應(yīng)當(dāng)為零。然而在現(xiàn)實(shí)世界中，一定量的電流泄露是必然存在的，如圖中所示。
在TI的設(shè)計(jì)語(yǔ)言中，我們將Vrwm稱為工作電壓，定義為電流10納安的點(diǎn)、這個(gè)工作電壓值可以理解為建議的最大電壓信號(hào)浮值，所以在一般設(shè)計(jì)中，我們會(huì)建議系統(tǒng)的信號(hào)不要超過Vrwm。例如，如果你的信號(hào)范圍是0至3.6伏，您應(yīng)該選擇一個(gè)Vrwm在3.6伏以上的二極管。如果你選擇的二極管工作電壓小于3.6伏，就容易發(fā)生電流泄露的情況。
ESD二極管通常有兩種極性： 雙向和單向雙向二極管通常有正負(fù)對(duì)稱的I-V曲線，工作電壓和擊穿電壓。正因?yàn)槿绱耍p向二極管可以支持在它正負(fù)工作電壓范圍內(nèi)的正負(fù)信號(hào)。另一方面單相ESD二極管一旦出現(xiàn)負(fù)壓，則會(huì)被擊穿。所以對(duì)于單向ESD二極管而言，它僅能支持正向的0至工作電壓區(qū)間的信號(hào)。不過單向ESD二極管反向鉗位的電壓更小，可以提供更好的負(fù)壓保護(hù)。
總結(jié)而言，雙向ESD保護(hù)器和單向ESD保護(hù)器都可以提供正負(fù)ESD電壓保護(hù)。但是雙向ESD保護(hù)器由于具有對(duì)稱的正負(fù)擊穿電壓，可以通過正負(fù)信號(hào)。而單向ESD二極管只可以通過正向信號(hào)，適用的接口比如USB HDMI以及一些其他的數(shù)字接口，不過相比雙向而言單向ESD二極管對(duì)于負(fù)壓的保護(hù)更好。
