中心論題：

• 研究電子元器件的拓撲變化
• 研究布線問題

解決方案：

• 保護簡單低速的單端輸入/輸出（I/O）線
  
  ，開發利用拓撲結構
• 減少抑製器軌道數量
• 信號回路規模最小化

迄今為止
，此係列文章已經報道了ESD破壞機理
、衝擊源模型和防護裝置
，主要集中討論了具有高速度和低閾值電壓的瞬態電壓抑製（TVS）二極管。本篇是該主題的最後一部分，將重點關注應用方麵
，並針對一些案例，提供特殊應用電路保護方案。

實際上
，所有ESD測試標準都涉及了衝擊源模型

，例如人體
、機器或充電器件。這些模型精確地解釋了測試源的導電特性。最新的測試標準如普遍應用的IEC-61000-4-2，詳述了衝擊波形，進一步將測試源簡化成測試源變量參數，為研究和評估各種高速瞬態緩解辦法提供了關鍵信息。

需要注意的是
，除了需關注ESD保護，仍有大量瞬態電壓過載的非ESD源需要防護。因此
，不但要明確產品將必須應對這些衝擊源，而且要確保ESD防護足以應對這些衝擊源。如果不能應對，則需要在能防護多種危險的單一裝置和多個防護裝置之間尋找折中辦法。

拓撲變化
各種電子元器件中，半導體對超負荷電壓最為敏感。因此通常情況下，集成電路（IC）引腳會連接到某種防護元件，該元件大多數情況都是製造商焊墊設計中的必要組成部分。焊墊指IC的金屬化，即後端處理裝置或者連接與焊接框架或類似結構相連的電線，或者連接與電路板（PCB）或(huo)其(qi)他(ta)基(ji)座(zuo)上(shang)的(de)銅(tong)片(pian)直(zhi)接(jie)相(xiang)連(lian)的(de)焊(han)錫(xi)球(qiu)。焊(han)墊(dian)設(she)計(ji)包(bao)括(kuo)焊(han)接(jie)區(qu)域(yu)和(he)一(yi)個(ge)或(huo)多(duo)個(ge)保(bao)護(hu)裝(zhuang)置(zhi)的(de)金(jin)屬(shu)化(hua)外(wai)形(xing)
，由(you)焊(han)墊(dian)用(yong)途(tu)決(jue)定(ding)焊(han)墊(dian)的(de)類(lei)型(xing)和(he)數(shu)目(mu)。

例如，與信號輸入相關的IC焊墊的特點是齊納二極管和結型鉗位二極管連接供電軌（圖1a），或者兩段式齊納鉗位二級管連接地麵（圖1b）。多供電軌的IC需要使用軌道夾鉗阻止軌道在高速電流瞬變時擴散。
 

在任何情況下
，IC供應商在產品裏設計的保護裝置總是有限的。在設計良好、使用正常的情況下
，它們作為次要的防護裝置效果十分顯著；但是，當它們作為瞬態電壓事件的主要防護裝置時，由於離瞬態切入點距離遠
、並且規模有限，它們的防護效果就十分不理想。尤其對於在使用時難以控製的便攜設備來說，情況更是如此。

設計時，可以保護簡單低速的單端輸入/輸出（I/O）線，開發利用類似於ICzhizaoshangshiyongdetuopujiegou。shijishang，ruguoxuanzelegengyouxiaodeyizhiqi，bingqiejiangqifangzhizailishuntaiqierudianjinkenengjindeweizhi，chanpindeshuntaichengshounenglijianghuidadaditigao。ruguoshuru/輸出線需要低阻抗回路
，可以簡單地使單一的TVS二極管鄰近信號的外部連接器（圖2a）。這個處理方法會使外部和芯片上的二極管共享電流。
 

如果產品要在輸入/輸出線中承受某些額外阻抗（如在單端邏輯輸入時經常出現的情況），可以通過在外部夾鉗和IC引腳之間增加一個電阻器，使外部和芯片上二極管之間的電流有助於外部防護（圖2b）。一些TVS二極管供應商在單一小型組件包裏提供兩個結型二極管和一個TVS夾鉗，進一步減少組件數目
、降低裝配成本，避免互連偏離。這些組件包同樣適用於多軌道情況——單一的組件包為幾條普通供電軌提供保護（圖3）。
 

不同的輸入/輸出線（比如適用於USB2.0規格的），是這種組件包的眾多受益者之一。與通常情況下連接外部設備或係統的信令方法一樣
，有效的USB 2.0duankoubaohushejiyingdangbaokuoyigegongmoeliuquan，yiyoudaodefangshibangzhuguolvlinjinxianluzhongdeouheshuntai，zhezhongshuntaiqingxiangyuyuyiduipinghengxianzhongdeliangtiaodoulianjie。

USB 2.0端口的最大傳輸速率為480Mbps，要求保護裝置基本不發生並聯式的寄生電容效應。在這一點上USB 2.0與其它應用相同。TVS二極管供應商必須在峰值電流容量和寄生電容之間尋求元件分布的折中點。

斷開狀態（圖5a）模型中的TVS二極管作為理想二極管有一個小的直流泄漏電流段和兩個交流電段——電容總合為：

 

，其中，C是純寄生電容、CT是TVS二極管的結點偏離、CP是元件偏離（圖5b）。當供應商在製造、元件設計和封裝能力上達到極限時，就會借助於複合設備，進一步減少抑製器的純並聯寄生段。
 

例如，如果某元件僅需要單向運行，抑製器製造商可以通過一係列TVS二極管和結型二極管形成低電容抑製器（圖6a）。在斷開狀態下，這種結構的純電容等於

 
，其中
，CJ是結型二極管的斷開狀態電容（圖6b）。如果發生瞬態時複合設備正在運行，結型二極管正向偏置。特定峰值電流的耗損比TVSerjiguanzaixuebengmoshixiayunxingdehaosunyaoshaodeduo。jiexingerjiguandejiedianqujiqidianrongyegengxiao。yinci，jiexingerjiguandedianrongkezhipeilianggeerjiguandejishengchuanlian，bingqiejianshaolefuheshebeidezongtiduanludianrong。
 

鉗式結構（如圖3）的優點之一是按正向傳導能力大小進行排列的結型二極管是與輸入/輸出線相連，而更大電容的TVS二極管實際上是與供電線相連——在這種導電環境下，TVS的偏離電容是不起作用的。

對於需要雙向保護的應用，兩個TVS二極管可以串聯運轉——背bei靠kao背bei或huo者zhe麵mian對dui麵mian
，單dan獨du運yun作zuo或huo者zhe與yu結jie型xing鉗qian位wei二er極ji管guan共gong同tong運yun作zuo。在zai所suo有you串chuan聯lian複fu合he設she備bei中zhong，受shou保bao護hu節jie點dian的de純chun電dian容rong負fu荷he少shao於yu單dan一yi設she備bei的de純chun電dian容rong負fu荷he。

類似圖1b中的片上二段夾鉗結構也應用於外部夾鉗，在相同設備中同時實現瞬態超電壓防護和電磁幹擾（EMI）過濾。這種布局是基本的π形網絡，同時，TVS二極管的寄生電容有利於完成EMI過濾。電阻和感應網絡均可直接利用
，滿足各種實體電路層對於信令的具體要求（圖7）。抑製器供應商通常按照通信標準在選擇器向導中對元件加以區分，確保適當的帶寬和某些特性阻抗的應用。
 

布線
在zai設she計ji接jie地di係xi統tong時shi會hui涉she及ji到dao電dian路lu拓tuo撲pu和he布bu線xian。與yu所suo有you出chu現xian多duo重zhong返fan回hui電dian流liu的de係xi統tong一yi樣yang

，設she計ji者zhe希xi望wang阻zu止zhi電dian流liu和he返fan回hui路lu徑jing阻zu抗kang發fa生sheng交jiao互hu作zuo用yong，以yi避bi免mian出chu現xian串chuan音yin

、幹擾或其他方麵的信號質量下降。

在瞬態抑製電路中
，多數供應商建議將TVSerjiguanjiqiguanlianwangluoshixiandibanjiedi，huozhezaijueyuandebiluxitongzhongshixiandianlijiedi。yizhiqiyuanjianyinganzhuangzaijinkenengjiejinqierudiandedifang
，jianshaoguidaoshuliang，yinweishuntaidianliuzaibingliandaodimianqianhuiliujingzhexieguidao。xushiyongduankuandezouxianshichuanlianhulianzukangzuixiaohua。tongyang，ruyoukeneng，liyongjiediceng，zailidianyuanjierudianjinkenengjindezhongxingdianchubadimianlianjieqilai。

遵照高頻布線的總體設計方針，除將走線阻抗減至最小外
，信號回路的規模也要最小化
，以減少EMI輻(fu)射(she)。如(ru)果(guo)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)信(xin)號(hao)線(xian)需(xu)要(yao)阻(zu)抗(kang)控(kong)製(zhi)流(liu)
，需(xu)注(zhu)意(yi)走(zou)線(xian)上(shang)的(de)懸(xuan)掛(gua)式(shi)抑(yi)製(zhi)器(qi)將(jiang)導(dao)致(zhi)本(ben)地(di)阻(zu)抗(kang)的(de)不(bu)連(lian)續(xu)性(xing)

，繼(ji)而(er)破(po)壞(huai)信(xin)號(hao)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)。大(da)多(duo)數(shu)抑(yi)製(zhi)器(qi)製(zhi)造(zao)商(shang)在(zai)提(ti)供(gong)用(yong)於(yu)阻(zu)抗(kang)控(kong)製(zhi)的(de)元(yuan)件(jian)同(tong)時(shi)，也(ye)提(ti)供(gong)具(ju)體(ti)的(de)布(bu)線(xian)指(zhi)導(dao)。通(tong)過(guo)修(xiu)改(gai)指(zhi)定(ding)長(chang)度(du)的(de)走(zou)線(xian)外(wai)形(xing)，抑(yi)製(zhi)器(qi)帶(dai)來(lai)的(de)並(bing)聯(lian)阻(zu)抗(kang)就(jiu)能(neng)得(de)到(dao)彌(mi)補(bu)。最(zui)後(hou)，至(zhi)少(shao)有(you)一(yi)個(ge)製(zhi)造(zao)商(shang)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)具(ju)有(you)內(nei)部(bu)信(xin)號(hao)接(jie)口(kou)的(de)阻(zu)抗(kang)控(kong)製(zhi)元(yuan)件(jian)，使(shi)所(suo)有(you)的(de)彌(mi)補(bu)在(zai)元(yuan)件(jian)內(nei)完(wan)成(cheng)。