通過瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管對(duì)敏感電子設(shè)備的靜電放電ESD保護(hù)正成為各行業(yè)的常見電路技術(shù)，電路中可通過觸摸（例如USB，HDMI等）訪問的信號(hào)線需要對(duì)輸入到某些IC的所有敏感信號(hào)線進(jìn)行ESD保護(hù)。相對(duì)于它們所保護(hù)的IC，ESD保護(hù)二極管在電路板上的放置起著重要作用，重要的是要理解在諸如ESD的瞬態(tài)條件下PCB跡線信號(hào)的行為。
作為示例，圖1中示出了具有TVS二極管的I2C總線擴(kuò)展器的簡(jiǎn)單示意圖。
圖1 - TVS保護(hù)設(shè)備的通用原理圖。
圖2 - 顯示走線電感和寄生電容的通用示意圖的實(shí)際模型。
PCB走線將根據(jù)其長(zhǎng)度具有與之相關(guān)的電感?？紤]SDA信號(hào)跟蹤。連接以下幾點(diǎn)的跡線長(zhǎng)度非常重要：
1.從節(jié)點(diǎn)A到二極管陰極的走線長(zhǎng)度。
2.從二極管的陽極到接地連接的走線長(zhǎng)度。
3.從節(jié)點(diǎn)A到IC輸入引腳的走線長(zhǎng)度。
換句話說，靜電放電ESD保護(hù)二極管必須盡可能靠近它所保護(hù)的引腳放置，并且它與參考平面的連接必須盡可能靠近陽極引腳。否則，任何這些點(diǎn)之間的走線電感可能足夠大，以至于由于IC的輸入電容和走線的雜散電容，可能形成槽路。儲(chǔ)能電路可能以超過IC輸入電壓能力的電壓振蕩，并可能對(duì)IC造成實(shí)質(zhì)性損壞。
此方案在LTSpice中建模，圖3顯示了在LTSpice中創(chuàng)建的原理圖，它由兩部分組成，一部分是基于IEC 61000-4-2測(cè)試方法的ESD人體模型。第二部分是圖2中跟蹤SDA的表示，圖3表示適用于二極管（10Vcmp），它在上面列出的所有點(diǎn)都適當(dāng)放置，具有非常短的走線，因此產(chǎn)生非常小的走線電感。
圖3 - 正確放置二極管的靜電放電ESD電路模型。
圖4 - 正確放置二極管的CMOS輸入電壓。
當(dāng)ESD保護(hù)二極管通過盡可能短的走線正確放置時(shí)，ESD脈沖被二極管鉗位到安全水平。該二極管及其布局非常有效，可保護(hù)IC免受ESD影響。
另一方面，圖5顯示了未正確放置的二極管（10Vclamp）的示意圖，圖2中從節(jié)點(diǎn)A到二極管陰極的跡線長(zhǎng)約1英寸，估計(jì)約為1nH。從陽極到地面的痕跡約為0.03英寸，估計(jì)約為250 pH。圖6顯示了基于CMOS的輸入電壓（由電容表示）。
圖5 - 不正確放置二極管的靜電放電ESD電路模型
圖6 - 未正確放置二極管的CMOS輸入電壓。
圖6清楚地顯示了將二極管陰極連接到信號(hào)線節(jié)點(diǎn)和二極管陽極連接到地的長(zhǎng)跡線的影響。觀察到的振蕩峰值為21V，振鈴頻率由走線電感，線路的雜散電容和IC的輸入電容決定。
結(jié)論
為了大限度地減少由于ESD引起的I / O線路振蕩并避免IC損壞，必須確保以下內(nèi)容：
1.鉗位（TVS）二極管必須盡可能靠近IC引腳放置。
2.通向二極管陰極的走線必須盡可能短。
3.從二極管的陽極返回接地的走線必須盡可能短。
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