靜電放電（ESD）會對電子環境造成毀滅性的后果。事實上，在各種電路的電路封裝和組裝中，超過25%的半導體芯片損壞歸因于所使用的大型電子設備中的ESD。

通常，人體一部分（手指）的放電將帶不同的材料，然后轉移到連接到電子設備的導電觸點。這將導致IC損壞，并有理由指責最終用戶設備制造商。

這個問題非常嚴重，以至于歐盟為在經濟區銷售的任何商品制定了特殊的ESD抑制標準。設計工程師現在必須為當今更敏感的半導體提供有效的ESD保護。

不幸的是，這項任務通常遵循事后諸葛亮的設計原則：首先，構建一個沒有額外過壓抑制瞬變的電路，并依靠板載IC進行保護。如果測試可以顯示原型臺的靈敏度，則添加保護裝置。如果采用這種方法來滿足當今更低的放大電壓、更高的頻率和更低的噪聲要求，那么整個設計必須是優化和集成的。由于時間限制，最終增加保護可能非常昂貴或不切實際。

通常，ESD事件由三種主要的ESD算法描述，基于充電過程的類型和瞬態電泳的嚴重程度：人體模型（HBM），充電設備模型（CDM）和機器模型（MM）。這些模型定義了瞬態效應的類型，因此設計人員可以定義半導體過壓芯片的清晰瞬態靈敏度，以及芯片和組裝產品的測試程序。使用這些模型，電路設計人員可以測試芯片是否具有與產品相同的ESD保護效率，并且可以與替代方案進行定量比較。

電荷的轉移直接通過一系列電阻器，就像人的手指一樣，是ESD損壞的最常見原因。因此，優秀的ESD模型是HBM。在測試期間，被測器件（DUT）由一個100pF電容表示，該電容通過1500Ω電阻放電到器件中。該標準的商業版本是軍用規范883方法3015（圖2a）。

最流行的HBM變體是國際電工委員會IEC1000-4-2標準，定義為通過150Ω電阻放電的330pF電容器。（圖2b）這是歐盟在其地區銷售商品所必需的國際測試。

然而，兩種模型都存在明顯的瞬時電壓威脅和能級差異。然后，設計工程師可以根據他們正在尋找的特定應用調整測試過程。例如，IEC1000-4-2具有非常快的電平脈沖上升時間，允許更多的脈沖和更高的峰值電流（見表2）。

最近，電路設計人員通過許多瞬時電壓抑制器（TVS）器件增加了保護。一些示例包括固態器件（二極管）、金屬氧化物壓敏電阻 （MOV）、可控硅整流器、其他可變電壓材料（新型聚合物器件）、氣管和簡單的火花隙。

此類器件放置在輸入和接地之間。當輸入電壓達到導致它們“打開”或打開的電平時，它們可以快速降低阻抗。理想情況下，輸入威脅部分反射回來，平衡部分通過導電TVS設備轉移到地面。因此，電路中只有一小部分威脅可以到達敏感IC。

然而，ESD抑制器件也有其自身的優點和缺點，隨著新一代高速電路的出現，一些缺點被放大了。例如，TVS必須快速響應輸入的浪涌電壓。當浪涌電壓在8.0 ns時達到7 kV（或更高）的峰值時，TVS器件觸發或調整電壓（與輸入線平行）必須足夠低，以充當有效的分壓器。

一些保護裝置僅在幾個電流脈沖和/或落入低電阻（短路）條件后老化，從而產生從電路到地的大載流路徑。這對電池供電的設備來說是致命的。

每個設備都有自己的差異。氣體放電管可以通過大電流，但響應速度很慢。它們也會老化，無法恢復。MOV可以為高速電路提供相對較慢的開機響應。硅二極管觸發非常快和低導通狀態電壓，但它們具有與MOVS和其他器件相同的高電容，影響高速信號。

頻率越高，電容效應越大。新型ESD變壓器是目前唯一具有極低電容和極低關斷漏電流的變壓器。此外，它們在多次脈沖后恢復自我。

現在考慮成本因素。設計工程師盡可能降低非主要組件的成本。由于供過于求，二極管的價格一直很低。一些新的高頻聚合物器件在價格上也非常具有競爭力。

過去，幾個主要的設計考慮因素簡化了ESD抑制器問題。工作電壓更高，更慢，更堅固的IC對浪涌電壓不太敏感。較低的工作頻率也意味著較低的保護速度。同時，具有更高阻抗和引腳元件的電路、更多的金屬封裝和更少的外部節點使事情變得更加容易。

但電子行業已經發生了變化。消費電子行業在爆發式發展中，出現了更多的手持設備。該器件的工作頻率已從幾kHz上升到GHz，導致ESD保護中使用的高容量無源元件出現設計失真問題。此外，芯片的工作電壓正在降低，有助于大大提高對任何高能量瞬變（固定節點的加熱/解凍）的靈敏度。同時，新的高頻數字器件需要非常低的關斷漏電流來降低噪聲。

在低成本生產環境中，降低成本是所有電路元件的主要目標。因此，有效的ESD抑制器應為設計工程師提供以下主要優勢和特性（不一定按重要性排序）：

成本效益;

在不犧牲性能的情況下保護新的消費電子音頻和視頻I / O線路和RF連接端口;

保護新的通信鏈路硬件

在很寬的工作頻率范圍內具有穩定的器件特性;

低于1pF的電容器用于工作頻率為幾GHz的超寬帶電路;

漏電流處于關斷狀態最小，以降低噪聲;

減少ESD抑制元件引起的工作電路信號失真和衰減;

為了提供有效的保護，觸發和箝位特性要符合電路器件的要求;

具有所需的裝配功能，外形尺寸和PCB封裝，易于在高速自動化裝配線上使用;

在各種可選器件中，最好在不改變電路板的情況下具有很高的互換性;

產品使用壽命期間可靠性高。

無論選擇哪種TVS器件，它們在電路板上的位置都很重要。TVS布局前的導線長度應最小化，因為快速（0.7 ns）ESD脈沖可能會產生額外的電壓，從而導致TVS保護惡化。

TVS的特點：快速響應（對于ns級別）;浪涌承受能力比放電管和壓敏電阻強，10/1000μs波脈沖功率從400W~30KW，脈沖峰值電流從0.52A~544A;擊穿電壓從6.8V~550V系列值，便于使用各種不同的電壓電路。

此外，快速ESD脈沖可能會在電路板上的相鄰（并聯）導體之間感應出感應電壓。如果發生這種情況，它將不受保護，因為感應電壓路徑將是浪涌到達IC的另一條路徑。因此，受保護的輸入行不應放置在其他單獨的、不受保護的跡線旁邊。推薦的ESD抑制器件PCB布局應為：在將被保護的IC放置在盡可能靠近連接器/接觸PCB側之前，在與信號線串聯的任何電阻之前，在包含保險絲的區域過濾或調整器件之前，以及其他可能有ESD的地方。

隨著業界對在高頻電路中采用ESD抑制越來越感興趣，人們已經研究了消費電子產品中的一些大型器件。比較數據顯示，盡管低成本硅二極管（甚至變阻器）的觸發/箝位電壓非常低，但它們的高頻容量和漏電流并不能滿足不斷增長的應用需求。

另一個重要要求是ESD抑制器對電路信號特性的影響最小。聚合物ESD抑制器的測量顯示，在高達0 GHz的頻率下，衰減小于2.6 dB，因此它們對電路幾乎沒有影響。

此外，商業產品在所有不同的硬件接口位置都需要ESD浪涌保護。例如，一些較新的計算機和高端消費電子產品可能包括大部分或全部這些互連，如下所示：以太網、USB1.1/USB2.0、IEEE-1394/1394b、音頻/視頻/射頻，以及傳統RS-232、RJ-11等端口音頻/視頻/射頻端口。所有傳統的保護裝置都得到了不同程度的成功應用。然而，當今不斷提高的工作頻率為聚合物抑制器等超低電容器件奠定了基礎。

USB 2.0 協議具有 00 Mbps 的快速數據傳輸速率。因此，配備 USB 2.0 功能的設備在采用 SurgX 技術的超低電容聚合物器件的保護下將具有最佳性能（圖 3b）。與使用齊納二極管或多層壓敏電阻相比，這將產生更少的數據失真。

此外，許多新的消費電子設備執行快速的IEEE-1394 / 1394b（Fireware）數據轉換協議。這種非常高的數據速率（1600 Mbps，1394b）需要低電容ESD抑制器，例如聚合物浪涌器件。測試數據顯示，聚合物 ESD 抑制器產生的信號失真比硅二極管器件保護 Firewire 端口的信號失真更少（圖 4a）。