工業接口保護：較高工作電壓(VRWM)的ESD設計考量

　　在工業應用中的高容壓或高靈敏度(模擬)接口上配置ESD保護結構與針對基本數字I/O的典型ESD保護方案有所不同。本文討論工業檢測與控制應用中的應用需求，以及這些需求如何影響設備保護所需的技術類型。

　　為確保接口正常工作，被保護設備的電容與偏移電壓(offset Voltage)是兩個主要考慮的參數：電容過高則損害信號完整性，尤其在數據傳輸速率較高時。諸如USB2.0、USB3.0或HDMI等廣泛采用的接口與此有關。

　　VRWM(ESD保護二極管的工作電壓) 應足夠高，以使保護結構不受正常工作接口干擾。圖1表示接口上相對于正常信號電平的VRWM。VRWM與另一重要參數漏電流IRM相關聯。當電壓低于VRWM時，雖然您可以使用僅在特定電壓(VRWM)下才工作的器件，但總會有某些活動(譬如：泄漏問題)，所以也并沒有理想器件。為盡量減少對接口造成的影響，我們希望這一漏電流(IRM)盡可能低。　　

 

　　用于高電壓保護的VRWM 設計

　　作為例子，讓我們假設有個工作在0～3.3V的特定接口。為了保護該接口，保護器件需有高于3.3V的工作電壓(VRWM)。考慮到留有一些余量，您應當選擇一個5V的器件。該器件需要具有低泄漏電流，其指定的電壓最好與接口有關。換句話說：指定為5V或者3.3V下的泄漏電流。

　　目前還不錯，但如果您的接口可工作在高于5V的電壓下呢?很明顯，當施加短ESD類型的脈沖，保護器件可以處理這些脈沖并將它們鉗位。但工業I/O經常要求能夠承受遠高于正常工作電壓的直流電壓。就算30～35V的電壓也并不罕見。在5V ESD保護二極管上施加35V直流電壓通常不是一件好事。器件將融化并短路。因此，若要保護一個接口，使其能承受的電壓高于正常工作電壓，則保護器件的VRWM必須高于正常工作電壓。對于典型30～35V輸入處理容差的工業I/O應用，至少需要36V VRWM。

　　特定二極管的典型IRM指定為VRWM時的值。當使用36V器件時，您得到36V情況下的泄漏電流。如上所述，IRM與正常工作電壓最為密切相關。若在36V時有泄漏電流，則更低電壓時泄漏電流也會更低，但到底低多少?因此最好有一個較高工作電壓(VRWM)的保護器件，在該器件上與接口相關的泄漏電流數據于較低電壓時亦可獲得。