工业接口保护：较高工作电压(VRWM)的ESD设计考量

在工业应用中的高容压或高灵敏度(模拟)接口上配置ESD保护结构与针对基本数字I/O的典型ESD保护方案有所不同。本文讨论工业检测与控制应用中的应用需求，以及这些需求如何影响设备保护所需的技术类型。

为确保接口正常工作，被保护设备的电容与偏移电压(offset Voltage)是两个主要考虑的参数：电容过高则损害信号完整性，尤其在数据传输速率较高时。诸如USB2.0、USB3.0或HDMI等广泛采用的接口与此有关。

VRWM(ESD保护二极管的工作电压) 应足够高，以使保护结构不受正常工作接口干扰。图1表示接口上相对于正常信号电平的VRWM。VRWM与另一重要参数漏电流IRM相关联。当电压低于VRWM时，虽然您可以使用仅在特定电压(VRWM)下才工作的器件，但总会有某些活动(譬如：泄漏问题)，所以也并没有理想器件。为尽量减少对接口造成的影响，我们希望这一漏电流(IRM)尽可能低。　　

 

用于高电压保护的VRWM 设计

作为例子，让我们假设有个工作在0～3.3V的特定接口。为了保护该接口，保护器件需有高于3.3V的工作电压(VRWM)。考虑到留有一些余量，您应当选择一个5V的器件。该器件需要具有低泄漏电流，其指定的电压最好与接口有关。换句话说：指定为5V或者3.3V下的泄漏电流。

目前还不错，但如果您的接口可工作在高于5V的电压下呢?很明显，当施加短ESD类型的脉冲，保护器件可以处理这些脉冲并将它们钳位。但工业I/O经常要求能够承受远高于正常工作电压的直流电压。就算30～35V的电压也并不罕见。在5V ESD保护二极管上施加35V直流电压通常不是一件好事。器件将融化并短路。因此，若要保护一个接口，使其能承受的电压高于正常工作电压，则保护器件的VRWM必须高于正常工作电压。对于典型30～35V输入处理容差的工业I/O应用，至少需要36V VRWM。

特定二极管的典型IRM指定为VRWM时的值。当使用36V器件时，您得到36V情况下的泄漏电流。如上所述，IRM与正常工作电压最为密切相关。若在36V时有泄漏电流，则更低电压时泄漏电流也会更低，但到底低多少?因此最好有一个较高工作电压(VRWM)的保护器件，在该器件上与接口相关的泄漏电流数据于较低电压时亦可获得。