ESD 損壞可能是由于電壓過(guò)高、電流過(guò)大或兩者兼而有之。高電壓可能導致柵極氧化物擊穿，而 I 2 R 過(guò)大可能導致結故障和金屬化跡線(xiàn)熔化。隨著(zhù)制造尺寸不斷縮�。ㄓ⑻貭柕� Haswell 采用 22nm 工藝），可能導致 ESD 相關(guān)故障的電壓和電流水平也隨之降低。這使得提供哪怕是相對較低水平的片上 ESD 保護也變得困難；因此，重點(diǎn)已轉移到單獨的 ESD 保護裝置上。
改變應用環(huán)境會(huì )帶來(lái)問(wèn)題
筆記本電腦、手機、MP3 播放器、數碼相機和其他手持移動(dòng)設備的普及給高速差分接口（如 USB 3.1、HDMI 2.0、DisplayPort 等）帶來(lái)了特殊問(wèn)題。在這些不受控制的環(huán)境中，所有者在連接和斷開(kāi)電纜時(shí)經(jīng)常觸摸 I/O 連接器引腳；當用戶(hù)將相機、游戲和其他設備插入其 USB 和視頻端口時(shí)，設備會(huì )不斷受到 ESD 壓力。
一些常見(jiàn)的高速串行接口
協(xié)議 數據速率 (Gb/s) PCIe 3.0 7.877 SATA 3.1 1.5, 3.0. 6.0 DisplayPort 1.2a Source 1.62, 2.7, 5.4 USB 3.1 10.0 SGMII 1.25 HDMI 2.0 6 表 1：一些常見(jiàn)的高速串行接口
IEC 61000-4-2是系統級 ESD 測試的行業(yè)標準，旨在復制帶電人員在終用戶(hù)環(huán)境中對系統放電的情況。系統級測試的目的是確保成品能夠在正常運行中生存，并且通常假設用戶(hù)在使用產(chǎn)品時(shí)不會(huì )采取任何 ESD 預防措施。由此產(chǎn)生的靜電放電在 30 ns 內可達到 16A（IEC 61000-4-2 4 級，8kV 接觸放電）。
ESD防護技術(shù)
在高速串行接口中，ESD 保護裝置僅僅簡(jiǎn)單地鉗位 ESD 脈沖是不夠的：它必須在不損害高速鏈路的信號完整性的情況下做到這一點(diǎn)。
隨著(zhù)速度的提高，接口在整個(gè)信號路徑中保持阻抗匹配至關(guān)重要。任何阻抗不匹配都會(huì )導致線(xiàn)路反射，從而增加抖動(dòng)并可能損害信號質(zhì)量，因此高速串行接口要求對信號路徑中的任何外部元件有嚴格的電容限制。
添加所需的 ESD 保護也會(huì )增加不必要的額外電容。對于傳統的 ESD 設備架構，隨著(zhù)保護級別的提高，設備電容也會(huì )增加，迫使設計人員在信號完整性和 ESD 保護之間做出選擇。半導體二極管具有許多理想的特性，例如低鉗位電壓、快速開(kāi)啟時(shí)間和更好的可靠性，但直到近，其電容都高于其他架構。
近，制造商推出了專(zhuān)門(mén)針對高速應用的電容極低的二極管保護裝置。例如，NXP 的PUSB3FR4旨在保護高速接口，例如 10 Gbps 的 SuperSpeed USB 3.1。該設備包括四個(gè) ESD 保護二極管結構，并采用無(wú)引線(xiàn)小型 DFN2510A-10（SOT1176-1）塑料封裝。
所有信號線(xiàn)均由特殊二極管配置保護，可提供 0.29 pF 的線(xiàn)路電容。二極管采用快速恢復結構，為下游組件提供保護，防止接觸 ESD 電壓高達 +/-15 kV，超過(guò) IEC 61000-4-2 4 級。
類(lèi)似的PUSB3FR6具有六個(gè) ESD 器件，為 USB 2.0 和 USB 3.1 的接口組合提供系統級保護，這是新型 USB Type C 連接器的一個(gè)特點(diǎn)。
圖 1：ESD7008 對 IEC61000-4-2 +/-8kV 接觸 ESD 脈沖的鉗位響應（來(lái)源：ON Semi）
安森美半導體 (ON Semiconductor) 也活躍于該市場(chǎng)：其ESD7008采用 UDFN18 封裝，為 4 個(gè)差分對 (8 條線(xiàn)) 提供 ESD 保護，對地電容典型值為 0.12pF。
布局建議
PCB 上的許多寄生元件可能會(huì )降低系統整體的 ESD 性能，因此需要優(yōu)化 ESD 保護器件的放置和 PCB 布局，以實(shí)現的 ESD 性能。
以下是一些建議：
必須通過(guò)縮短返回 GND 過(guò)孔的接地路徑來(lái)盡可能地減少寄生電感。
對稱(chēng)布局也能降低寄生電感。重要的是將連接器連接到ESD設備的一側，將收發(fā)器連接到另一側。
為了避免 ESD 在 PCB 上傳播，ESD 保護裝置必須盡可能靠近 ESD 源。
由于 ESD 應力可以在接口電纜的兩側傳播，因此需要在電纜的每一端都配備保護裝置。
用于高速的 ESD 保護設備使用流通式封裝，以方便正確的布局實(shí)踐。圖 2 顯示了 ST 的HSP061-4NY8的引腳排列，它為 HDMI、USB 3 和類(lèi)似接口提供 4 線(xiàn) ESD 保護。I/O 電容接地為 0.6pF，差分阻抗在 HDMI 規范下為 100 Ω（典型值）。
HSP061-4NY8 引腳分配和流通式封裝（來(lái)源：ST）
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