ESD二极管防护方案，怎么做好ESD保护选型？-ASIM阿赛姆
ESD二极管防护方案选型工程指南：7大核心参数与场景化设计
一、选型核心参数解析
1.1 钳位电压（Vc）
选型准则：
$$V_c < 0.85 \times V_{IC\_max} $$
实测案例：
- USB3.0接口（5V逻辑）：
- IC耐受电压：7V
- 合格选型：ESD5V0U1U（Vc=6.2V @8A）
- 失效案例：某品牌ESD05V5T-L（Vc=8.5V）导致主控烧毁
1.2 结电容（Cj）
信号速率匹配表：
| 接口标准 | 最大容限 | 推荐型号 |
|---|---|---|
| USB2.0 | 3pF | ESD3V3D050TA(0.5pF) |
| HDMI2.1 | 0.5pF | ESD0P5RFL(0.15pF) |
| 10G以太网 | 0.3pF | CG0402MLC(0.12pF) |
测试数据：当Cj＞0.5pF时，HDMI2.1眼图张开度恶化35%
1.3 触发电压（Vbr）
裕量设计公式：
Vbr > 1.2 x Vop_max
工业现场教训：
- 某PLC模块工作电压24V，选用Vbr=28V器件
- 电网浪涌导致误触发，更换Vbr=36V型号后解决
二、封装与布局关键
2.1 封装热阻（RθJA）
功率匹配模型：
封装性能对比：
| 封装类型 | RθJA(℃/W) | 8kV ESD温升 |
|---|---|---|
| SOD-323 | 180 | 48℃ |
| DFN1006 | 85 | 22℃ |
| WLCSP | 35 | 9℃ |
2.2 PCB布局三原则
- 路径最短化：TVS到接口距离≤3mm
- 地平面完整：使用实心铜地非网格地
- 避免锐角走线：弯曲角度≥135°
错误案例：某智能手表USB接口TVS距端口8mm，ESD测试失效
三、场景化选型方案
3.1 汽车电子
选型要求：
- 符合ISO10605标准
- 工作温度：-40℃~150℃
- 推荐型号：AUTOESD36D(36V Vc, -40~175℃)
3.2 医疗设备
特殊考量：
- 漏电流＜1nA（ECG应用）
- 符合IEC60601-1-2
- 推荐方案：ESD3V3M002（0.1nA漏电流）
3.3 工业RS485
优化方案：
- 双线保护：PESD24VL2CT
- 共模+差模防护
- 布线要求：差分对等长±0.1mm
四、失效预防措施
4.1 热应力防护
回流焊曲线控制：
4.2 潮敏防护
- MSL等级：优选MSL1（无干燥要求）
- 存储湿度：＜30%RH（MSL3以上）
五、验证测试标准
5.1 IEC 61000-4-2测试矩阵
| 等级 | 接触放电 | 空气放电 |
|---|---|---|
| 1 | 2kV | 2kV |
| 2 | 4kV | 4kV |
| 3 | 6kV | 8kV |
| 4 | 8kV | 15kV |
5.2 眼图验证（高速接口）
合格标准：
- 抖动增加＜0.05UI
- 眼高损失＜15%
- 测试工具：Keysight Infiniium UXR示波器
六、经典选型错误案例
电压误配：
- 3.3V系统选用5V TVS
- 结果：ESD事件导致MCU锁死
电容超标：
- MIPI接口使用3pF TVS
- 结果：信号上升沿从1ns恶化至3ns
布局失效：
- TVS接地线长15mm
- 结果：8kV测试时端口烧毁