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电路ESD防护设计
作者:
立讯检测集团
来源:
发布时间:
2026-03-03
静电放电 (ESD) 测试在不同层面采用不同的标准。在芯片级测试中，通常使用人体模型 (HBM)；而针对电子产品级的测试，则普遍遵循IEC 61000-4-2放电模型。为了统一和规范ESD测试，IEC 61000-4-2标准设定了严格的瞬态冲击抑制要求，所有电子产品均需符合此标准。
IEC 61000-4-2已被大多数制造商视为ESD测试的行业事实标准。值得一提的是，我国的国家标准GB/T 17626.2与IEC 61000-4-2是等同的。实验室中使用的静电放电发生器也严格依照IEC 61000-4-2标准设计，涵盖了接触放电和空气放电两种主要测试模式。
从IEC 61000-4-2定义的静电放电波形来看，其主要电流的上升沿在1纳秒（ns）左右。因此，有效的ESD保护器件必须具备小于1纳秒的响应时间，才能及时抑制这种快速瞬态冲击。此外，ESD放电的能量主要集中在几十兆赫兹（MHz）至500兆赫兹的频段。基于这一频谱特性，工程师常通过设计滤波器来滤除相应频带的能量，从而实现有效的静电防护。
ESD防护方法
1 并联放电器件
常用的放电器件有TVS二极管，齐纳二极管，压敏电阻，气体放电管等。
齐纳二极管：利用齐纳二极管的反向击穿特性可以保护 ESD敏感器件。但是齐纳二极管通常有几十 pF 的电容，这对于高速信号（例如 500MHz）而言，会引起信号畸变。齐纳二极管对电源上的浪涌也有很好的吸收作用。
瞬变电压消除器 TVS：TVS二极管是一种固态二极管，用于防止 ESD 瞬态电压破坏敏感的半导体器件。与齐纳二极管相比，TVS二极管 P/N 结面积更大，这一结构使 TVS 具有更强的高压承受能力，同时也降低了电压截止率，因而对于保护手持设备低工作电压回路的安全具有更好效果。
2 串联阻抗
一般可以通过串联电阻或者磁珠来限制ESD放电电流，达到防静电的目的。如手机的高输入阻抗的端口可以串1K欧电阻来防护，如ADC，输入的GPIO，按键等。不要担心0402的电阻会被打坏，实际证明是打不坏的。用电阻做ESD防护几乎不增加成本。如果用磁珠，和压敏电阻差不多。
3 增加滤波网络
用滤波器滤掉主要的能量也能达到静电防护的目的。对于低频信号，如GPIO输入，ADC，音频输入可以用1k+1000PF的电容来做静电防护，成本可以忽略，性能不比压敏电阻差，如果用1K+50PF的压敏电阻，效果更好，经验证明这样防护效果有时超过TVS。
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