使用BUS端口保护阵列实现有源ESD保护的设计方案

许多便携式应用需要超过8kV的ESD保护，同时将电容保持在5pF以下。Z二极管能够单独满足这一要求，但当与开关或结型二极管等低电容PN二极管相结合时，它们可同时满足该应用的以下两种要求：低电容，以及高ESD和浪涌抗扰性。

Z二极管与小型PN二极管的这种结合提供了单向保护器件。箝位电流只能朝一个方向流动——PN二极管的正向——因为反向通道被阻塞(图1)。

添加另一个PN二极管可打开反向通道，从而使该保护器件实现双向保护。当正向和反向的箝位电压电平不同时，这种器件具有双向及不对称的箝位行为 (BiAs)(图1)。

在初始时，当所有三个二极管完全放电时(二极管电容为空)，具有0.5V幅度的第一个信号脉冲将在正向驱动上方的PN二极管(D1)，从而填充或加载Z二极管(ZD) 较大的空电容。根据脉冲的持续时间以及到下一次脉冲的中止，Z二极管的电容通过充电已经到了更高水平，因此下一次脉冲给电容的充入较少。几次脉冲后，Z二极管被完全充满，因此随后的脉冲仅检测到这两个PN二极管的电容较低。

对某些便携式应用而言电容变化不是问题，但对于其他应用，每次脉冲时电容必须相同。对于这些应用，可将Z二极管连接到电源电压，例如 USB端口的VBUS(图1)，在这里电源电压可对Z二极管进行充电，这两个PN二极管仍保持在反向模式下，从而使电容保持在最低水平。

图2所示的二极管阵列 (VBUS054B-HS3) 可保护双高速USB 端口，以防瞬态电压信号。该阵列对略低于接地电平的负瞬态进行箝位，同时在略高于5V工作电压范围对正瞬态进行箝位。

Z 二极管将电源线(在引脚5处为VBUS)箝位到地线(引脚2)，而高速数据线(D1+、D2+、D1-及D2-)与引脚6、3、4及1相连。只要数据线上的信号电压介于接地与VBUS电平之间，低电容PN二极管便会实现与VBUS、地线及其他数据线的极高隔离。但任何瞬态信号一超过该工作电压范围，其中的一个PN二极管便会恢复到正向模式，并将该瞬态箝位到接地或雪崩击穿电压电平。因此，VBUS054B-HS3可提供±15kV的高ESD抗扰性，同时提供符合便携式电子设备应用的低于1pF的典型电容。

VBUS054B-HS3是一种单芯片技术，因此线路电容间的差别非常小。这对于D-和D+这两条数据线而言非常重要，因为该“数据线对”同时传输相同的数据脉冲，但具有相反的极性。