ESD 損壞可能是由于電壓過高、電流過大或兩者兼而有之。高電壓可能導(dǎo)致柵極氧化物擊穿，而 I 2 R 過大可能導(dǎo)致結(jié)故障和金屬化跡線熔化。隨著制造尺寸不斷縮小（英特爾的 Haswell 采用 22nm 工藝），可能導(dǎo)致 ESD 相關(guān)故障的電壓和電流水平也隨之降低。這使得提供哪怕是相對較低水平的片上 ESD 保護(hù)也變得困難；因此，重點(diǎn)已轉(zhuǎn)移到單獨(dú)的 ESD 保護(hù)裝置上。
改變應(yīng)用環(huán)境會帶來問題
筆記本電腦、手機(jī)、MP3 播放器、數(shù)碼相機(jī)和其他手持移動設(shè)備的普及給高速差分接口（如 USB 3.1、HDMI 2.0、DisplayPort 等）帶來了特殊問題。在這些不受控制的環(huán)境中，所有者在連接和斷開電纜時(shí)經(jīng)常觸摸 I/O 連接器引腳；當(dāng)用戶將相機(jī)、游戲和其他設(shè)備插入其 USB 和視頻端口時(shí)，設(shè)備會不斷受到 ESD 壓力。
一些常見的高速串行接口
協(xié)議 數(shù)據(jù)速率 (Gb/s) PCIe 3.0 7.877 SATA 3.1 1.5, 3.0. 6.0 DisplayPort 1.2a Source 1.62, 2.7, 5.4 USB 3.1 10.0 SGMII 1.25 HDMI 2.0 6 表 1：一些常見的高速串行接口
IEC 61000-4-2是系統(tǒng)級 ESD 測試的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，旨在復(fù)制帶電人員在終用戶環(huán)境中對系統(tǒng)放電的情況。系統(tǒng)級測試的目的是確保成品能夠在正常運(yùn)行中生存，并且通常假設(shè)用戶在使用產(chǎn)品時(shí)不會采取任何 ESD 預(yù)防措施。由此產(chǎn)生的靜電放電在 30 ns 內(nèi)可達(dá)到 16A（IEC 61000-4-2 4 級，8kV 接觸放電）。
ESD防護(hù)技術(shù)
在高速串行接口中，ESD 保護(hù)裝置僅僅簡單地鉗位 ESD 脈沖是不夠的：它必須在不損害高速鏈路的信號完整性的情況下做到這一點(diǎn)。
隨著速度的提高，接口在整個信號路徑中保持阻抗匹配至關(guān)重要。任何阻抗不匹配都會導(dǎo)致線路反射，從而增加抖動并可能損害信號質(zhì)量，因此高速串行接口要求對信號路徑中的任何外部元件有嚴(yán)格的電容限制。
添加所需的 ESD 保護(hù)也會增加不必要的額外電容。對于傳統(tǒng)的 ESD 設(shè)備架構(gòu)，隨著保護(hù)級別的提高，設(shè)備電容也會增加，迫使設(shè)計(jì)人員在信號完整性和 ESD 保護(hù)之間做出選擇。半導(dǎo)體二極管具有許多理想的特性，例如低鉗位電壓、快速開啟時(shí)間和更好的可靠性，但直到近，其電容都高于其他架構(gòu)。
近，制造商推出了專門針對高速應(yīng)用的電容極低的二極管保護(hù)裝置。例如，NXP 的PUSB3FR4旨在保護(hù)高速接口，例如 10 Gbps 的 SuperSpeed USB 3.1。該設(shè)備包括四個 ESD 保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)，并采用無引線小型 DFN2510A-10（SOT1176-1）塑料封裝。
所有信號線均由特殊二極管配置保護(hù)，可提供 0.29 pF 的線路電容。二極管采用快速恢復(fù)結(jié)構(gòu)，為下游組件提供保護(hù)，防止接觸 ESD 電壓高達(dá) +/-15 kV，超過 IEC 61000-4-2 4 級。
類似的PUSB3FR6具有六個 ESD 器件，為 USB 2.0 和 USB 3.1 的接口組合提供系統(tǒng)級保護(hù)，這是新型 USB Type C 連接器的一個特點(diǎn)。
圖 1：ESD7008 對 IEC61000-4-2 +/-8kV 接觸 ESD 脈沖的鉗位響應(yīng)（來源：ON Semi）
安森美半導(dǎo)體 (ON Semiconductor) 也活躍于該市場：其ESD7008采用 UDFN18 封裝，為 4 個差分對 (8 條線) 提供 ESD 保護(hù)，對地電容典型值為 0.12pF。
布局建議
PCB 上的許多寄生元件可能會降低系統(tǒng)整體的 ESD 性能，因此需要優(yōu)化 ESD 保護(hù)器件的放置和 PCB 布局，以實(shí)現(xiàn)的 ESD 性能。
以下是一些建議：
必須通過縮短返回 GND 過孔的接地路徑來盡可能地減少寄生電感。
對稱布局也能降低寄生電感。重要的是將連接器連接到ESD設(shè)備的一側(cè)，將收發(fā)器連接到另一側(cè)。
為了避免 ESD 在 PCB 上傳播，ESD 保護(hù)裝置必須盡可能靠近 ESD 源。
由于 ESD 應(yīng)力可以在接口電纜的兩側(cè)傳播，因此需要在電纜的每一端都配備保護(hù)裝置。
用于高速的 ESD 保護(hù)設(shè)備使用流通式封裝，以方便正確的布局實(shí)踐。圖 2 顯示了 ST 的HSP061-4NY8的引腳排列，它為 HDMI、USB 3 和類似接口提供 4 線 ESD 保護(hù)。I/O 電容接地為 0.6pF，差分阻抗在 HDMI 規(guī)范下為 100 Ω（典型值）。
HSP061-4NY8 引腳分配和流通式封裝（來源：ST）
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