混合信号环境中ESD保护二极管的设计注意事项：CANBus和USB 2.0

时间： 2024-10-17 来源：音特电子官网

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在电子领域，保护敏感元件免受静电放电 (ESD) 的影响至关重要。本文深入探讨了细致入微的选择和应用混合信号环境中的ESD保护二极管，特别关注CANBus和USB 2.0接口。它旨在为设计工程师和产品经理提供做出明智决策的知识，确保稳健可靠的产品性能。

了解混合信号环境中的ESD保护

静电放电 (ESD) 对电子设备的可靠性和寿命构成重大威胁。在模拟和数字信号共存的混合信号环境中，由于组件对ESD 事件的敏感度不同，风险会更加复杂。典型的ESD事件可产25V至30kV的电压，具体取决于放电机制。例如，带电人体可以在 500V 至 3kV 之间放电，而带电设备可以在100V至1kV之间放电。

ESD 的影响不仅限于直接损坏；它还可能导致潜在的故障，这些故障通常在保修期之后才会显现出来。这种不可预测性使得在设计阶段实施稳健的ESD保护策略至关重要。 ESD保护二极管在此策略中发挥着至关重要的作用，是抵御电压瞬变的第一道防线。

在混合信号环境中，面临的挑战是在不影响信号完整性的情况下保护微控制器和收发器等敏感组件免受ESD事件的影响。 ESD保护二极管的选择变得至关重要，因为它们必须能够钳位高压瞬变而不影响模拟或数字信号的性能。

选择ESD保护二极管的关键考虑因素

选择正确的ESD保护二极管涉及几个关键因素：用于混合信号环境的

钳位电压：这是二极管在ESD事件期间钳位的最大电压。它应足够低以保护下游组件，但又应足够高以避免误触发。钳位电压通常指定为一定水平的ESD电流（例如，1A、10A）。

电容：在高速应用中，ESD保护二极管的电容会影响信号完整性。优选低电容二极管，以尽量减少对信号上升和下降时间的影响。

工作电压：二极管的工作电压应与电路的最大工作电压相匹配，以保证正常工作时不导通。

功耗：在ESD事件期间，二极管必须能够耗散能量而不造成损坏。功耗能力通常用峰值脉冲功率 (PPP) 和峰值脉冲电流 (IPP) 来指定。

封装和布局：二极管的物理尺寸和封装类型会影响其在PCB布局中的性能。例如，较小封装（如 CSP）中的二极管由于引线长度较短而可以提供更好的性能。

合规性和标准：所选的ESD保护二极管应符合IEC 61000-4-2等行业标准，该标准规定了电气和电子设备的ESD抗扰度要求。

通过仔细考虑这些因素，设计工程师可以选择 ESD 保护二极管可提供有效保护，且不会影响混合信号系统的性能。

性能指标和测试标准

ESD保护二极管的性能是根据多项标准化测试进行评估的。这些测试对于确保二极管满足电子设备中使用所需的可靠性和安全标准至关重要。

IEC 61000-4-2标准：该国际标准规定了电气和电子设备的ESD抗扰度要求。它概述了ESD保护的测试方法和性能标准。该标准规定了两个级别的ESD接触放电：正常操作时为±4 kV，特殊应用时为±8 kV。该标准还定义了测试设置，包括使用ESD模拟器来生成放电脉冲。

测试设置：测试设置包括通过接触放电模式对带电人体模拟器 (CHBS) 或静电放电模拟器 (ESD 枪) 向被测设备 (DUT) 进行放电。当DUT通电并运行时，放电会施加到DUT的 I/O 端口。 DUT应继续运行，不会出现故障或丢失数据。

性能标准：如果DUT满足以下标准，则视为已通过ESD测试：

基本抗扰性：DUT可以继续运行，不会出现故障或丢失数据。

功能抗扰度：即使ESD引起暂时干扰（例如毛刺、复位），DUT仍能继续运行并执行其预期功能。

数据保留：DUT保持数据完整性，在 ESD 事件期间不会丢失或损坏数据。

这些性能指标可确保ESD保护二极管有效保护DUT免受ESD事件的影响，从而确保电子设备在混合信号环境中的可靠性和使用寿命。

结论

在快节奏的电子世界中，强大的ESD保护的重要性怎么强调都不为过。随着设备变得越来越复杂和互连，ESD事件导致损坏或故障的风险也在增加。对于设计工程师和产品经理来说，了解ESD保护的细微差别（尤其是在CANBus和USB 2.0等混合信号环境中）至关重要。正确的ESD保护二极管可以决定可靠、持久的产品和过早失效的产品。

通过仔细考虑钳位电压、电容以及是否符合国际标准等因素，专业人士可以选择不仅能保护其设备，还能保持信号完整性的二极管。随着行业不断发展，及时了解ESD保护技术的最新进展将是开发满足当今市场高期望的产品的关键。

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优恩半导体（UNSEMI）ESD静电保护/雷击浪涌保护器件/串口芯片产品选型指南（英文）

目录- Company Introduction ESD Protection Diodes（ESD） Transient Voltage Suppressor（TVS） Thyristor Surge Suppressors（TSS） Sidac Thyristor（SIDAC） Metal Oxide Varistors（MOV） Gas Discharge Tube（GDT） Spark Gap Protectors（SPG） Micro Surge Protection Module（Micro-SPD） Polymeric Positive Thermal Coefficient（PPTC） RS485/422 Transceiver CAN Transceiver RJ45 Modular Jack connectors Small signal devices EMI Protection devices

型号- SMDJ-AT SERIES,UNS3K,07DXXKJ,UN2E8-XXXML SERIES,SMBJ,UN2E5-XXXLL SERIES,40DXXK SERIES,UN232,UN2E8-XXXL HV,4.0SMF SERIES,UN1812-XXXCSMD SERIES,10DXXKJ,5.0SMDJ-AT SERIES,P6KE SERIES,30KP SERIES,SACB SERIES,UNS1K SERIES,PXXXSC SERIES,P4KE,SMD0603 SERIES,10DXXK SERIES,10DXXKEC SERIES,UN490E,UN3E8-XXXHP,UNSDC12V-3L,07DXXK,07DXXL,UN3E5-XXXMSMD,20DXXK SERIES,PXXXSB,15KPS,PXXXSA,PXXXSB-2L,P4SMA SERIES,SA SERIES,SMAJ,UN2220 SERIES,05DXXKJ,SAC SERIES,SMF SERIES,PXXXSC,KXXXSA SERIES,20KP,5.0SMDJ SERIES,0402 SERIES,20KP SERIES,TPSMAJ SERIES,PXXXLB SERIES,SMCJ SERIES,UN3490,P4SMA,UNSDC24V-3L,SMDJ,UNS1K,UN3E6-XXXMM,UN65HVD75,UN2E8-XXXL HV SERIES,SMDT,UN1812 SERIES,UN3220 SERIES,1.5SMC,SA,UN2E8-XXXML,UNS4032 SERIES,UN2E8-XXXHL SERIES,UN2E5-XXXL HV,UNSDC58V-2L,SMD1210 SERIES,PXXXSD1,UN2E5-XXXLSMD,PXXXEC SERIES,UN3485,UN16,5KP,1.5KE SERIES,TP5.0SMDJ,14DXXL SERIES,07DXXKBC SERIES,UNS2K,UN2E8-XXXMSMD,UN2E5-XXXLL HV SERIES,10DXXKEC,UNSDC24V-2L,32DXXL SERIES,14DXXKJ SERIES,UN3E8-XXXHM SERIES,SMCJ,TPSMB SERIES,UN1210-XXXBSMD SERIES,UN3E6-XXXM,TPSMDJ SERIES,UN65HVD233,UN65HVD234,UN65HVD232,UN65HVD230,SMBJ-AT,UN2E5-XXXL,UN2E8-XXXM,UN1210-XXXBSMD,10DXXKJ SERIES,34SXX,KC SERIES,UN2E6-XXXLSMD SERIES,UN2E8-XXXH,UNB-XXXN-SMD,UN3E8-XXXHMF,32DXXKJ SERIES,UN1050,UN3232E,UNA-XXXM-SMD,UN1050ISODUB,PXXXG,32DXXKJ,40DXXK,UNS3220,UNB-XXXM-SMD,40DXXL,UN3085NE,SMCJS,UN2E8-XXXHSMD,TPSMB10J,32DXXK,32DXXL,PXXXEC,UN30,PXXXEB,PXXXEA,30KP,P6SMB SERIES,PXXXSC-2L SERIES,15KP,PXXXSC-2L,0603,SMD2920 SERIES,10SMBT,14DXXKJ,UN82C250,UNSRS485-2HL,UN82C251,10SMBJ,05DXXL SERIES,25DXXL SERIES,TPSMC SERIES,UN2H8-XXXL HV SERIES,UNSDC58V-3L,SM8Z SERIES,TPSMCJ SERIES,SM5Z,UN6,UN3E5-XXXL,UN3088E,KXXXG SERIES,PXXXTB,PXXXTA,UN2E5-XXXLSMD SERIES,KA SERIES,UNB-XXXN-SMD SERIES,UN3088ES,07DXXL SERIES,5KP SERIES,UN3485ISO,8KP SERIES,PXXXEA SERIES,UNA-XXXN/M SERIES,SMCJS SERIES,3KP,SM8Z,UN3E5-XXXLM,SMCJ-AT SERIES,LCE SERIES,UNC-XXXN/M SERIES,PXXXSA SERIES,UNSRS485-2H,SMCJ-AT,25DXXKJ SERIES,UN0805 SERIES,PXXXDM,POE58C,15SMBJ,PXXXTB SERIES,PXXXSB-2L SERIES,UNA-XXXN-SMD,40DXXKJ SERIES,UNS3220 SERIES,UN1206 SERIES,P4KE SERIES,SM5Z SERIES,UN2E8-XXXMSMD SERIES,UN3E6-XXXMM SERIES,05DXXK,05DXXL,UN600 SERIES,1012 SERIES,UNB-XXXN/M SERIES,8.0SMDJ,UNSRS485-2L,P6SMB,SACA SERIES,40DXXKJ,40DXXL SERIES,PXXXDM SERIES,SACA,UN0603 SERIES,SACB,UN2E5-XXXL SERIES,UN2H8-XXXLL HV SERIES,SMD2920,0402,8.0SMDJ SERIES,25DXXL,25DXXK,UN30 SERIES,10DXXL SERIES,20DXXL SERIES,25DXXKJ,5KPS,UNA-XXXN-SMD SERIES,UN485E,UN2E8-XXXHL,PXXXSB SERIES,UN485ES,PXXXTA SERIES,UN3E8-XXXHMF SERIES,UN2H8-XXXLL HV,SMDJ-AT,4.0SMF,SMF,TPSMB10J SERIES,0603 SERIES,5KPS SERIES,UN2E8-XXXH SERIES,KD SERIES,UN60,SMAJ-AT SERIES,TPSMDJ,UN1206-XXXASMD SERIES,UN2E8-XXXHSMD SERIES,UN3232E-T,UN1210 SERIES,14DXXKSC,07DXXKBC,10DXXK,UNSDC48V-2L,10DXXL,53DXXK,UN3E8-XXXHSMD SERIES,2012 SERIES,UN0805,UN3E5-XXXMSMD SERIES,KA,KB,UN1812-XXXCSMD,KC,TPSMCJ,UN2E8-XXXLL HV,KD,6.0SMAJ SERIES,14DXXKSC SERIES,UNS2K SERIES,10SMBJ SERIES,TP5.0SMDJ SERIES,SMD1812 SERIES,UN60 SERIES,5.0SMDJ,UN3490E,UNSDC48V-3L,20DXXKYC SERIES,SMD0603,SMD1812,KXXXSB SERIES,UN1206,UN16 SERIES,SMBJ SERIES,UNSRS422-2H,SMDT SERIES,UN1210,UNSRS422-2L,UN135 SERIES,TPSMBJ,PXXXLC SERIES,UNS4032,0201 SERIES,UN1206-XXXASMD,UN2H8-XXXL HV,5.0SMDJ-AT,UN3E5-XXXL SERIES,20DXXKYC,UN3485S,UN3E6-XXXM SERIES,34SXX SERIES,UN2E5-XXXLL,05DXXK SERIES,0201,UN3E8-XXXHP SERIES,UN3E8-XXXH SERIES,UN1042,UN3220,TPSMAJ,UN1040,UN2E8-XXXLL HV SERIES,15KP SERIES,8KP,UN2E5-XXXL HV SERIES,UN2E6-XXXLSMD,6.0SMAJ,UN3E8-XXXHSMD,32DXXK SERIES,34SXXJ SERIES,SMD1206 SERIES,SMBJ-AT SERIES,TPSMA SERIES,UNC-XXXM-SMD,LCE,UN600,14DXXK,UN6 SERIES,14DXXL,UNC-XXXN-SMD SERIES,UNSRS422-2HL,15SMBJ SERIES,SAC,SMD0805 SERIES,SMAJ SERIES,UN3E5-XXXLM SERIES,UN3E5-XXXLSMD SERIES,UN250 SERIES,UN3E8-XXXH,UN485CUA,UN488E,UN250,KB SERIES,PXXXLC,UN2E5-XXXLL HV,UN135,PXXXLB,PXXXLA,07DXXK SERIES,SMD1206,UN0603,UN1812,20DXXL,20DXXK,PXXXEB SERIES,10SMBT SERIES,1.5KE,14DXXK SERIES,UNC-XXXN-SMD,05DXXKJ SERIES,3KP SERIES,P6KE,07DXXKJ SERIES,UNS3K SERIES,KXXXSD1 SERIES,TPSMC,SMD0805,25DXXK SERIES,TPSMB,TPSMA6J SERIES,TPSMA,TPSMBJ SERIES,34SXXJ,20DXXKJ,SMD1210,20DXXKJ SERIES,SMDJ SERIES,UN2220,UN2E8-XXXM SERIES,TPSMA6J,UNSDC12V-2L,1.5SMC SERIES,15KPS SERIES,SMAJ-AT,PXXXLA SERIES,UN3E5-XXXLSMD

选型指南 - 优恩半导体 - 2021 PDF 英文下载

ESD二极管选型原则有哪些？

静电放电（Electrostatic Discharge， ESD）是电子设备面临的常见威胁之一，可能导致设备故障甚至损坏。为防止ESD对电子设备造成损害，工程师们通常会在电路中引入ESD保护二极管。选用合适的ESD二极管对于保障电路的可靠性至关重要。本文中辰达行来与大家分享ESD二极管选型原则。

技术探讨发布时间 : 2024-05-25

ESD二极管的应用有哪些？

ESD二极管，作为一种专门设计用于保护电路免受静电放电损害的半导体器件，在现代电子设备中扮演着至关重要的角色。本文中辰达行就来给大家介绍一下ESD二极管的应用，希望对各位工程师朋友有所帮助。

技术探讨发布时间 : 2024-05-31

XT3D12VU Single Line TVS Diode for ESD Protection in Portable Electronics

型号- XT3D12VU

数据手册 - 矽航 - Rev.1.1 PDF 英文下载

【技术】低电容ESD二极管的使用注意事项

低电容ESD二极管是一种用于保护电子设备和电路免受静电放电危害的器件。由于它可以有效地吸收静电放电产生的电荷，因此在电子设备中有广泛的应用。然而，在使用低电容ESD二极管时需要注意一些事项，以保证其使用效果和安全性。本文优恩半导体将为大家介绍。

技术探讨发布时间 : 2023-05-12

德欧泰克ESD二极管ESD5Z5V0保护浓缩咖啡机免受静放电影响，截止电压5.0V，有效防止电击损坏

DIOTEC的静电放电（ESD）保护二极管ESD5Z5V0可保护如浓缩咖啡机、烹饪电器等敏感的电子设备免受静电放电的影响，并防止可能损坏设备的电击。它们分别能够抵御11.6kV空气放电和30kV接触放电，截止电压5.0V，结电容80pF。

应用方案发布时间 : 2024-03-15

ESDSM712 ESD Protection Diode

型号- ESDSM712

数据手册 - 音特电子 - Rev:19.3 - 2019/6/15 PDF 英文下载

【产品】高特GSL05超低电容ESD保护二极管，可用于高速I/O数据线

GSL05是一款超低电容ESD保护二极管，旨在保护敏感电子设备（如通信系统，计算机和计算机外围设备）免受ESD条件或瞬态电压条件的损害。由于其超低电容值（小于1 pF），它可用于高速I/O数据线。对于8/20ps波形，其额定功率为350瓦。主要应用于通讯系统、基于微处理器的设备、个人数字助理（PDA）、笔记本电脑、台式机和服务器、便携式仪器仪表、串行和并行端口和电脑周边设备等。

新产品发布时间 : 2019-01-29

ESDULC3V3D8 ESD Protection Diode

型号- ESDULC3V3D8,ESDLC3V3D8

数据手册 - 音特电子 - Rev:19.3 - 2019/6/15 PDF 英文下载

【产品】0.15pF超低电容二极管阵列SP3010系列，可安全地吸收反复性ESD放电

Littelfuse推出的超低电容瞬态抑制二极管阵列SP3010系列，该系列将4通道超低电容轨到轨二极管和附加的齐纳二极管组合在一起，适用于保护可能会遭受静电放电（ESD）破坏的电子设备。这款功能强大的二极管可以IEC61000-4-2国际标准规定的最高级别（4级，±8KV接触放电）安全地吸收反复性ESD放电，且性能不会下降。

新产品发布时间 : 2019-12-14