使用BUS端口保護陣列實現(xiàn)有源ESD保護的設(shè)計方案

許多便攜式應(yīng)用需要超過8kV的ESD保護，同時將電容保持在5pF以下。Z二極管能夠單獨滿足這一要求，但當(dāng)與開關(guān)或結(jié)型二極管等低電容PN二極管相結(jié)合時，它們可同時滿足該應(yīng)用的以下兩種要求：低電容，以及高ESD和浪涌抗擾性。

Z二極管與小型PN二極管的這種結(jié)合提供了單向保護器件。箝位電流只能朝一個方向流動——PN二極管的正向——因為反向通道被阻塞(圖1)。

添加另一個PN二極管可打開反向通道，從而使該保護器件實現(xiàn)雙向保護。當(dāng)正向和反向的箝位電壓電平不同時，這種器件具有雙向及不對稱的箝位行為 (BiAs)(圖1)。

在初始時，當(dāng)所有三個二極管完全放電時(二極管電容為空)，具有0.5V幅度的第一個信號脈沖將在正向驅(qū)動上方的PN二極管(D1)，從而填充或加載Z二極管(ZD) 較大的空電容。根據(jù)脈沖的持續(xù)時間以及到下一次脈沖的中止，Z二極管的電容通過充電已經(jīng)到了更高水平，因此下一次脈沖給電容的充入較少。幾次脈沖后，Z二極管被完全充滿，因此隨后的脈沖僅檢測到這兩個PN二極管的電容較低。

對某些便攜式應(yīng)用而言電容變化不是問題，但對于其他應(yīng)用，每次脈沖時電容必須相同。對于這些應(yīng)用，可將Z二極管連接到電源電壓，例如 USB端口的VBUS(圖1)，在這里電源電壓可對Z二極管進行充電，這兩個PN二極管仍保持在反向模式下，從而使電容保持在最低水平。

圖2所示的二極管陣列 (VBUS054B-HS3) 可保護雙高速USB 端口，以防瞬態(tài)電壓信號。該陣列對略低于接地電平的負(fù)瞬態(tài)進行箝位，同時在略高于5V工作電壓范圍對正瞬態(tài)進行箝位。

Z 二極管將電源線(在引腳5處為VBUS)箝位到地線(引腳2)，而高速數(shù)據(jù)線(D1+、D2+、D1-及D2-)與引腳6、3、4及1相連。只要數(shù)據(jù)線上的信號電壓介于接地與VBUS電平之間，低電容PN二極管便會實現(xiàn)與VBUS、地線及其他數(shù)據(jù)線的極高隔離。但任何瞬態(tài)信號一超過該工作電壓范圍，其中的一個PN二極管便會恢復(fù)到正向模式，并將該瞬態(tài)箝位到接地或雪崩擊穿電壓電平。因此，VBUS054B-HS3可提供±15kV的高ESD抗擾性，同時提供符合便攜式電子設(shè)備應(yīng)用的低于1pF的典型電容。

VBUS054B-HS3是一種單芯片技術(shù)，因此線路電容間的差別非常小。這對于D-和D+這兩條數(shù)據(jù)線而言非常重要，因為該“數(shù)據(jù)線對”同時傳輸相同的數(shù)據(jù)脈沖，但具有相反的極性。