在電子產(chǎn)品測試領(lǐng)域，嚴(yán)格遵循 IEC61000 - 4 - 2 等標(biāo)準(zhǔn)是確保產(chǎn)品質(zhì)量與安全性的關(guān)鍵所在。系統(tǒng)設(shè)計師為使產(chǎn)品契合主流 ESD 標(biāo)準(zhǔn)，會從多方面著手，像是精心規(guī)劃外殼設(shè)計、優(yōu)化電路板布局、審慎挑選元件，甚至借助軟件修復(fù)手段。而在眾多舉措中，于輸入和輸出（I/O）連接器等關(guān)鍵電路節(jié)點(diǎn)安置保護(hù)元件，無疑是極為重要的一環(huán)。其中，ESD 二極管作為常用的保護(hù)元件，也常被稱為瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）。

一、ESD 二極管的靜電保護(hù)機(jī)制與應(yīng)用準(zhǔn)則

眾多集成電路（IC）的輸入端口往往較為敏感，一旦輸入電壓遠(yuǎn)超正常范圍，例如遭遇 ESD 應(yīng)力沖擊時，便極易遭受損壞。正常工作電壓與致使器件開始受損的電壓之間存在一個特定區(qū)域，即安全過壓區(qū)。不過，安全過壓區(qū)與器件受損區(qū)會稍有重疊，這是因?yàn)榧幢汶妷翰辉诎踩^壓區(qū)內(nèi)，只要較大的過壓持續(xù)時間極短，器件仍有一定承受能力。

ESD 二極管的核心任務(wù)在于靜電事件突發(fā)時，將輸入電壓牢牢控制在安全過壓范圍之內(nèi)，同時在正常工作狀態(tài)下，絕不能對系統(tǒng)性能產(chǎn)生絲毫影響。ESD 二極管通常被安置在靜電事件可能侵入系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其目的在于有效限制敏感節(jié)點(diǎn)的電壓，并將電流導(dǎo)向相對不敏感的節(jié)點(diǎn)，比如地電平。為達(dá)成這一目標(biāo)，ESD 二極管需在正常工作電壓區(qū)間呈現(xiàn)高阻抗特性，以減少泄漏電流；而在正常工作電壓范圍之外，則要迅速切換為低阻抗?fàn)顟B(tài)，從而將電流徑直從敏感節(jié)點(diǎn)疏導(dǎo)開來，并對瞬態(tài)電壓加以限制。

針對 ESD 二極管的基本要求會因具體應(yīng)用場景而有所差異，但總體而言，通常涵蓋以下幾個方面：

（一）能在預(yù)期的靜電應(yīng)力環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行

這要求 ESD 二極管具備足夠的耐壓能力與抗靜電沖擊能力，確保在電子產(chǎn)品可能遭遇的靜電環(huán)境中，能夠有效發(fā)揮保護(hù)作用，避免自身損壞或失效。

（二）在正常電壓范圍內(nèi)保持高阻抗（低泄漏）

在正常工作時，ESD 二極管應(yīng)如同開路一般，僅有極低的泄漏電流，這樣才能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行不受干擾，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

（三）在正常電壓范圍外呈現(xiàn)低阻抗

當(dāng)靜電事件發(fā)生，電壓超出正常范圍時，ESD 二極管需迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杩雇罚瑸樗矐B(tài)電流提供泄放渠道，將電壓鉗制在安全水平，防止過高電壓對后續(xù)電路造成損害。

（四）導(dǎo)通電壓適配應(yīng)用需求

導(dǎo)通電壓的選擇至關(guān)重要，它需依據(jù)被保護(hù)電路的正常工作電壓范圍來確定。若導(dǎo)通電壓過高，可能導(dǎo)致在靜電沖擊時無法及時導(dǎo)通，無法有效保護(hù)電路；若導(dǎo)通電壓過低，則可能在正常工作電壓下就誤觸發(fā)導(dǎo)通，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（五）在承受應(yīng)力期間可快速從高阻抗切換至低阻抗

ESD 事件往往瞬間發(fā)生，持續(xù)時間極短，因此 ESD 二極管必須具備快速響應(yīng)能力，能夠在極短時間內(nèi)完成阻抗?fàn)顟B(tài)的切換，及時對瞬態(tài)電壓進(jìn)行抑制，確保電路安全。

（六）電容對目標(biāo)應(yīng)用而言不過高

在一些高頻信號傳輸或?qū)﹄娙菝舾械碾娐窇?yīng)用中，ESD 二極管的電容值不能過大，否則可能會對信號產(chǎn)生衰減、失真等不良影響，影響系統(tǒng)的整體性能。

二、ESD 二極管器件的分類剖析

在深入探究具體的 TVS 器件類型之前，有必要先明晰兩種重要的分類方式。

（一）單向與雙向保護(hù)

單向和雙向 ESD 二極管器件均具備抑制正向和負(fù)向應(yīng)力的能力。而要透徹理解這兩種類型的差異，關(guān)鍵在于 ESD 二極管維持高阻抗、低泄漏狀態(tài)的電壓范圍，因?yàn)檫@一范圍直接決定了 ESD 器件所能保護(hù)的電路節(jié)點(diǎn)類型。

雙向 ESD 二極管具有相對于零伏電壓完全對稱的特性。這使得它在保護(hù)電壓基于零伏對稱分布或雙向變化的電路節(jié)點(diǎn)時表現(xiàn)出色。例如，在一些差分信號傳輸線路中，信號電壓在零伏上下對稱波動，雙向 ESD 二極管就能很好地對其進(jìn)行保護(hù)。

單向 ESD 二極管產(chǎn)品則呈現(xiàn)出相對零伏電壓不對稱的特性。它特別適用于保護(hù)電壓極性始終保持一致的電路節(jié)點(diǎn)，比如常見的 0 到 5 伏單極性電壓電路。在這類電路中，單向 ESD 二極管能夠精準(zhǔn)地針對特定極性的電壓異常進(jìn)行防護(hù)，有效阻止過高電壓對電路元件的損害。

（二）電壓箝位與消弧

電壓箝位器件的工作原理是在低電壓時呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，而一旦電壓升高至導(dǎo)通電壓之上，便迅速切換為低阻抗，并且整個過程不存在負(fù)阻抗區(qū)域。其工作方式類似于一個智能開關(guān)，當(dāng)電壓超過設(shè)定的導(dǎo)通閾值時，立即開啟低阻抗通道，將高于導(dǎo)通電壓的部分有效鉗制住，通過提供接地的低阻抗路徑，確保電壓不會繼續(xù)攀升，從而保護(hù)后端電路免受過高電壓的沖擊。

消弧（crowbar）器件在低電壓時同樣保持高阻抗，但當(dāng)電壓升高到一定程度時，會觸發(fā)一種全新的導(dǎo)通機(jī)制。此時，電流會急劇增大，同時伴隨著電壓的顯著下降，這就形成了所謂的負(fù)阻抗區(qū)域。某些消弧器件的觸發(fā)電壓可能相對較高，但只要其觸發(fā)速度足夠迅捷，即便電壓已經(jīng)攀升至可能對器件造成損壞的危險電平，依然能夠及時啟動保護(hù)機(jī)制。由于消弧器件在工作過程中電壓會驟然下降，所以有時也被形象地稱作 “驟回” 器件。這種特性使得消弧器件在一些特定的電路場景中，能夠發(fā)揮獨(dú)特的保護(hù)作用，有效應(yīng)對瞬間出現(xiàn)的高電壓尖峰脈沖，保障電路的穩(wěn)定性與安全性。

ESD選型表