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电路ESD防护设计-ASIM阿赛姆
2025.08.21 00:00:00
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大多数实验室用的静电发生器就是按IEC61000-4-2的标准，分为接触放电和空气放电。
IEC 61000-4-2的静电放电可以看到静电放电主要电流是一个上升沿在1nS左右的一个上升沿，要消除这个上升沿要求ESD保护器件响应时间要小于这个时间。静电放电的能量主要集中在几十MHz到500MHz，很多时候我们能从频谱上考虑，如滤波器滤除相应频带的能量来实现静电防护。
一、并联放电器件
常用的放电器件有TVS二极管，齐纳二极管，压敏电阻，气体放电管等。
齐纳二极管：利用齐纳二极管的反向击穿特性可以保护 ESD敏感器件。但是齐纳二极管通常有几十 pF 的电容，这对于高速信号（例如 500MHz）而言，会引起信号畸变。齐纳二极管对电源上的浪涌也有很好的吸收作用。
瞬变电压消除器 TVS：TVS二极管是一种固态二极管，用于防止 ESD 瞬态电压破坏敏感的半导体器件。与齐纳二极管相比，TVS二极管 P/N 结面积更大，这一结构使 TVS 具有更强的高压承受能力，同时也降低了电压截止率，因而对于保护手持设备低工作电压回路的安全具有更好效果。
二、串联阻抗
一般可以通过串联电阻或者磁珠来限制ESD放电电流，达到防静电的目的。如手机的高输入阻抗的端口可以串1K欧电阻来防护，如ADC，输入的GPIO，按键等。不要担心0402的电阻会被打坏，实际证明是打不坏的。用电阻做ESD防护几乎不增加成本。如果用磁珠，和压敏电阻差不多。
三、增加滤波网络
用滤波器滤掉主要的能量也能达到静电防护的目的。对于低频信号，如GPIO输入，ADC，音频输入可以用1k+1000PF的电容来做静电防护，成本可以忽略，性能不比压敏电阻差，如果用1K+50PF的压敏电阻，效果更好，经验证明这样防护效果有时超过TVS。
对于射频天线的微波信号，如果用TVS二极管，压敏等容性器件来做静电防护，射频信号会被衰减，因此要求TVS二极管的电容很低，这样增加ESD措施的成本。对于微波信号可以对地并联一个几十nH的电感来为静电提供一个放电通道，对微波信号几乎没有影响，对于900MHZ和1800MHz的手机经常用22nH的电感。这样能把静电主要能量频谱上的能量吸收掉很多。
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