1 引言

ESD 事件通常通过用户接口（如电缆连接）或人工输入设备（如键盘上的某个按键）迫使电流 I_ESD （参阅 图 1-1）迅速进入系统。使用 TVS 保护系统免受 ESD 影响，取决于 TVS 能否将 I_ESD 分流到地。要优化 PCB 布局实现 ESD 抑制，很大程度上需要设计出阻抗尽可能小的 I_ESD 接地路径。在 ESD 事件中，提供给受保护集成电路（受保护 IC）的电压 V_ESD 是 I_ESD 和在其上的电路阻抗的函数。因为设计人员无法控制 I_ESD，所以降低对地阻抗是将 V_ESD 最小化的主要方法。

降低阻抗需要解决一些难题。主要问题在于，阻抗不能为零，否则受保护的信号线路就会对地短路。为了能够在实际中应用电路，受保护的线路需要能够保持一定的电压，通常具有高对地阻抗。这就是 TVS 适用的原因。降低阻抗需要解决一些难题。主要问题在于，阻抗不能为零，否则受保护的信号线路就会对地短路。为了能够在实际中应用电路，受保护的线路需要能够保持一定的电压，通常具有高对地阻抗。这就是 TVS 适用的原因

TVS 是一个二极管阵列（参阅图 1-2 查看典型示例），其排列对电路中正常存在的电压有极高的阻抗，但如果电压超过设计范围，在 I_ESD 损坏受保护的系统之前，TVS 二极管将击穿并将 I_ESD 分流到地。因此，系统设计人员需要降低针对 I_ESD 从 ESD 源经 TVS 至地的阻抗。

提供给 I_ESD 的阻抗是 TVS 的固有阻抗（在 TVS 二极管阵列和封装中）以及 ESD 源与 TVS 接地之间的 PCB 布局的函数。TVS 通常设计成在其整体设计限制允许的范围内为 I_ESD 提供尽可能低的接地阻抗。选择适当的 TVS 后，降低 PCB 布局上 ESD 源与 TVS 接地之间的阻抗是设计中的一个关键阶段。

快速变化的 I_ESD 产生的另一个问题是，其关联的快速变化的电磁场 (EM) 会导致干扰 (EMI) 耦合到 PCB 的其他电路上，在 ESD 源和 TVS 之间的区域尤其如此。一旦 TVS 将 I_ESD 分流到地，TVS 与受保护 IC 之间的布线应该相对而言不受 EMI 的影响。因此，在 ESD 源与 TVS 之间，未受保护的电路不应与 ESD 保护电路的布线相邻。为了将 EMI 辐射降至最低，理想情况下，ESD 源与 TVS 之间的电路布线不应有超过 45° 的拐角，或是具有大半径的曲线。

在如今的 PCB 布局中，布板空间非常宝贵。IC，包括 TVS，都必须设计得非常紧凑。另外，IC 在 PCB 上的放置密度也在不断地增加。多层 PCB 电路板和布线很大程度上依赖过孔来尽可能提高密度，从而减小系统尺寸，同时增加系统的特性设置。这种 PCB 架构（特别是与层交换和过孔相关）在通过 TVS 将 I_ESD 分流到地的过程中发挥着重要作用。使用过孔将电路布线到 TVS 的方式可能会在受保护 IC 上产生巨大的 V_ESD 电压差。通常，在 ESD 源和 TVS 之间放置过孔有不利影响，但在某些情况下，设计人员不得不出此下策。即便在上述情况下，如果处理得当，仍然可以在受保护 IC 上尽可能降低 V_ESD。

接地方案对于防止 ESD 非常关键。对 TVS 使用机箱接地（不同于电感实现的数字和/或模拟接地），可以很好地避免 ESD 相关失效。然而，在多个接地平面上布线高速电路时，这会带来很大的挑战。因此，许多设计对受保护电路使用公共接地。接地平面对于 TVS 成功消耗 I_ESD 却不增加 V_ESD 必不可少。地面接地机箱的电气连接，如用于机箱螺丝的 PCB 接地通孔，直接临近 TVS 接地和 ESD 源的接地（例如，连接器屏蔽层），为受保护 IC 处的接地偏移保持在最低限度提供了合理的方法。如果系统无法利用机箱地面接地，紧密耦合的多层接地平面可帮助将受保护 IC 处的接地漂移保持在最低限度。

总结这些参数，成功地保护系统免受 ESD 影响的因素包含：

• 控制 TVS 周围的阻抗，以消耗 ESD 电流 I_ESD
• 限制 EMI 对未受保护的电路的影响
• 正确使用过孔以将 TVS 消耗的 ESD 最大化
• 为 TVS 设计阻抗极低的接地方案