SWEMKN2Y/TVS/ESD/防静电保护

在产品使用的过程中，除了芯片级防护外，整个系统级也需要做ESD保护，尤其是在一些接口位置（HDMI、USB等），接口经常有热插拔操作，很容易产生静电打坏。系统级的ESD测试方法参考IEC61000-4-2，分为接触放电和空气放电。

系统级的ESD一般会在PCB板上贴TVS管（瞬态电压抑制器）进行防护。如下图，除了TVS管，系统ESD防护也可以通过无源器件（电阻、电容等）

TVS管分类

TVS即瞬态抑制二极管（Transient Voltage Suppressor），分为单向TVS和双向TVS。

一般情况下，单向TVS用在直流电路，双向TVS用在交流电路中。单向TVS其实对正向和负向脉冲都有保护作用，当正向脉冲作用时，D1变为正向偏置，而Z1先于D2进入击穿区域，通过D1和Z1形成一条接地通路，使ESD能量泄放。负向脉冲作用时，D2变成正向偏置，ESD能量通过D2接地通路得到耗散。

双向TVS相当于两个稳压二极管反向串联，当任何一端有问题TVS都可以起作用,而单向的只能对电源或者对地。

关键参数

在具体介绍TVS的详细参数之前，我们先截取一部分datasheet的表格，以双向TVS的参数及IV曲线为例，有个直观印象。

1）VRWM 最高工作电压

TVS的最高工作电压，在VRWM下，TVS认为是不工作的，即不导通。电路的最高工作电压必须小于VRWM，达到VRWM之前TVS不会进入击穿区域，否则可能会导致电路异常。

2）IR漏电流：

在规定温度和最高工作电压条件下，流过TVS的最大电流。

3）VBR 击穿电压

击穿电压，超过VBR，TVS将被雪崩击穿。

4）钳位电压VCL和峰值电流Ipp

当脉冲峰值电流Ipp流过TVS管时，其两端出现的最大电压值称为钳位电压Vc。Vc和Ipp反映了TVS管的浪涌抑制能力。

5）动态电阻

ESD是一个瞬态过程，在极端的时间内，TVS传导接地通路不会立刻导通，在导通过程中会形成一个变化的电阻，该电阻被称为动态电阻（RDYN）。

理想情况，RDYN应为0，但实际工作状态下，这是不可能的。从TLP曲线中，我们可以计算动态电阻，如下图中的斜率，计算基本接近datasheet提供的RDYN值。

6）结电容

结电容是TVS中的寄生电容，在高速IO端口保护需要重点关注，通信速率越高，线路上使用的ESD保护器件的结电容应越低，否则将破坏数据信号，过大的结电容会影响信号的质量。