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ESD器件对高速信号有什么影响吗

宣布时间：2023-10-24 10:53

高速先天生员--周伟

我们看到越来越多的工业相机对外的接口信号如USB3/HDMI等在线路上会并（或串）一个ESD器件（或者TVS管），各人以为针对这种高速接口的信号，ESD器件对信号会有什么影响吗？另外针对这个器件，有些人喜欢叫ESD器件，有些人又喜欢叫TVS管，是不是有点傻傻分不清晰的感受呢？

要搞清晰这个问题，我们先来简朴相识一下什么是ESD器件和TVS管，它们究竟有什么作用。

ESD是Electro-Static Discharge的简称，又叫静电放电，是指具有差别静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。生涯中的静电是人们很是熟悉的一种自然征象，好比小时间经常用笔在头发或毛衣上摩擦几下，就能吸上小小的纸屑，以前以为可神奇了。静电放电有时间也会把它叫做静电干（骚）扰，现在静电放电已经成为电子产品和装备的一种危害，造成电子产品和装备的功效杂乱甚至部件损坏。现代半导体器件的规模越来越大，事情电压越来越低，导致了半导体器件对外界电磁滋扰敏感水平也大大提高。ESD关于电路引起的滋扰、对元器件、CMOS电路及接口电路造成的破损等问题越来越引起人们的重视。ESD也是20世纪中期以来形成的以研究静电的爆发、危害及静电防护等为主的学科，电子装备的ESD也最先作为电磁兼容性测试的一项主要内容写入国家标准和国际标准，因此就爆发ESD静电�；ふ饷匆桓鲈骷�，国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD器件。

TVS的全称是Transient Voltage Suppressors，中文叫瞬变电压制制二极管或瞬态抑制二极管，又叫钳位型二极管，是一种限压�；て骷�，作用与压敏电阻很类似。也是使用器件的非线性特征将过电压钳位到一个较低的电压值实现对后级电路的�；�。它的外型与通俗二极管相同，但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率；它的主要特点是在反向应用条件下，当遭受一个高能量的大脉冲时，它能以10的负12次方秒量级的速率，将其南北极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使南北极间的电压钳位于一个预定值，有用地�；さ缱酉呗分械南该茉骷�，免受种种浪涌脉冲的损坏。当异常的高压消逝事后，电路进入到正常事情状态的时间，又恢复到高阻态。

TVS管的作用笼统来说就是在系统中�；さ缱酉低趁馐芨吣芩蔡龀宓挠跋�，如静电放电（ESD）、雷电浪涌和电快速瞬态脉冲（EFT），起到防护效果，其详细作用在于：当电路正常事情时，它处于阻止状态（高阻态），不影响线路正常事情, 在划定的反向应用条件下，当遭受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其事情阻抗能连忙降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压钳制到预定水平，从而有用地�；さ缱酉呗分械南该茉骷馐芩鸹�。

典范的 ESD �；さ缏酚捎胧鼙；ぷ榧虻缏凡⒘才诺� TVS/ESD 二极管组成。在 ESD 事务时代，TVS/ESD 二极管提供接地的低阻抗路径，从而快速钳位电压，将多余的能量从受�；さ淖榧凶瞥鋈�。综合来说ESD指的规模更广，不但是一种器件类型，更是一种事务、一门学科，而TVS管只是消除ESD影响的其中一种器件。

虽然，我们今天的话题重点并不是讲ESD器件和TVS管，硬件原理也不是我们善于的领域，熟悉我们的老铁们应该很清晰，我们主要照旧聚焦在和PCB相关上，现在回到我们的正题上，PCB线路上并接了这个ESD器件，有时甚至和走线兼容设计，如下图所示，走线直接穿过ESD器件的焊盘，毗连上相当于ESD无关紧要，但走线上有了器件，这样对我们的PCB线路会不会有大的影响呢？

气氛都陪衬到这个份上了，看来要说没影响预计也没人信了，先来说说我们看到的问题吧。

一个客户在做完产品后测试发明他们的USB3信号眼图很差，如下图所示。

眼图测试显示fail的效果，于是找到我们想资助看看究竟是那里出了问题，针对有现实产品的，我们的第一原则就是先测试阻抗摸个底，看看是否阻抗没做好（线路和器件阻抗都有可能没匹配好），于是我们测到了如下图所示的阻抗曲线。

上图最前面那根玫红色的曲线是我们cable断开什么都不接的情形，绿色曲线是去掉ESD器件（TVS管）和后端串联电容的阻抗测试效果，黄色曲线是去掉后端串联电容的阻抗测试效果，湖蓝色（最后面那根）是有ESD器件和电容的阻抗测试效果�？芍由螮SD器件后，ESD处线路的阻抗从96ohm跌到了82ohm，阻抗急剧减小，此处对信号来说会有一个较量大的反射，可能是造成眼图变小的一个因素。但前面说过，若是没有这个ESD器件，从功效上来说着实不会有什么影响，但对产品的使用寿命可能会有影响，由于关于外部接口的器件来说，会受到ESD的影响，以是ESD器件的作用就有点像人有时间要买包管，车要买车险是一样的原理，裁β一万，就怕万一，电路也需要�；�。在正常的情形下看不到它作用所在，一旦电路泛起浪涌、脉冲，静电时，这时间所起的作用就非同小可了，它可�；ふ龅缏废低趁馐芾擞俊⒙龀濉⒕驳绲钠扑鸫佣档退鹗�。以是一样平常在产品上市之前，海内或外洋检测部分都要求举行ESD静电和其它浪涌攻击的测试，确保一切及格才华上市，于是我们就可以看到这个在电路上没有现实功效无关紧要的ESD器件突然酿成了不可忽视的保存了。

有时我们在路边摊上买到一个很自制的电子产品，一最先用起来一切正常，以为自己捡到宝了，但用不了几天发明突然坏了，这个有可能就是由于这些产品没有经由上市前面的种种检测，号称三无产品，也可能没有加ESD器件，在使用历程中被静电打碎了，以是说一分钱一分货哈。

既然一定要这个ESD器件，那么一种ESD器件不可，换另一种是不是就可以了呢？于是客户又找到了另一种ESD器件换上，接下来测试的阻抗效果如下图所示。