ESD和浪涌問題往往是基帶工程師*頭疼的問題,，因為測試標準嚴苛,，問題神出鬼沒。特別是ESD問題,，沒有解決問題的標準路徑,，只能靠反復地構思方案并驗證。

想要盡量避免以上問題,，就必須選擇合適的防護器件,，設計上做足防護措施。本文告訴你ESD和浪涌的測試標準,，測試方法,，以及如何選擇TVS器件,。

1 TVS管測試標準

這里說的TVS管包括防ESD用的小功率TVS管（本文簡稱ESD管）和防浪涌用的大功率TVS管（本文簡稱浪涌管）。

這里說的測試標準指TVS器件規(guī)格書上標明的測試標準：

IEC61000-4-2 Level 4 ESD Protection——靜電測試標準,，必須通過,，提供測試數據

IEC61000-4-4 Level 4 EFT protection——部分廠家才會提供數據

IEC61000-4-5（8/20us）——浪涌測試標準，必須通過,，提供測試數據

1.1 IEC61000-4-2 ESD Protection

這個是靜電放電抗干擾度試驗標準,，對應國標GB/T 17626.2-2018。先看一下放電搶的原理框圖：

Cd是放電槍和周圍環(huán)境的分布電容,；

Cd+Cs的典型值為150pF,；

Rd典型值是330Ω；

以4KV接觸放電為例,，下圖顯示了靜電槍釋放出來的波形,，第.一.個峰值電流要求15A，上升時間tr=0.8ns,，30ns處的電流8A,，60ns處的電流4A。其他等級的ESD參數詳見標準,，有個規(guī)律,，電流的增加隨電壓要求成正比增加，tr的要求.是一樣的,?？梢婌o電的電壓很高，電流也很高,，但是時間非常短,，所以能量很低。

ESD的測試環(huán)境是：

環(huán)境溫度15℃-35℃

相對濕度30%-60%

大氣壓86kPa-106Kpa

靜電的注入點要注意,，有金屬的地方，才適合做接觸放電,，如果是絕緣的,，沒必要做接觸放電。

推薦一個儀器型號：EMTEST NX30,，大家都在用,。

1.2 IEC61000-4-4 Protection

電快速瞬變脈沖群抗干擾度試驗，對應國標GB-T17626.4,。這個脈沖發(fā)生器的結構如下,，輸出阻抗是50Ω。

規(guī)格書中會給出5/50ns, 40A的通過標準,，意思是波形符合上面時間要求,，電壓幅度*高值是通過40A電流是的電壓值。現在很多廠家都不做這個測試了。

1.3 IEC61000-4-5 Transient Voltage Protection

這個是浪涌測試標準,，對應國標GB T17626.5-2008,。標準規(guī)定了10/70us組合波發(fā)生器，1.2/50us組合波發(fā)生器的詳細要求,。這個“組合波發(fā)生器”就是浪涌測試儀,。

在消費類電子領域，我們主要用到1.2/50us組合波,。這個“1.2/50us”是對浪涌測試儀的電壓放電要求,，標題中的“8/20us”是對浪涌測試儀的電流放電要求，下文會詳細解釋,。

下圖是浪涌測試儀的內部原理,，在沒有負載（開路）情況下，浪涌測試儀應該要輸出波前電壓1.2us,，電壓半峰值時間50us,。在輸出短路情況下，應能輸出波前電流8us,，電流半峰值時間20us,。開路輸出電壓與短路輸出電流的比值成為浪涌測試儀內阻，要.求.是2Ω,。

下面是1.2/50us電壓波形和8/20us電流波形規(guī)定,，特別注意，這些都是儀器不連接被測設備,，并且沒有耦合/去耦合網絡時的波形要求,。

如果連接了被測設備，標準上沒有波形要求,。

如果連接的去耦合網絡,，波形的過充和下沖也會受到影響，標準沒有限制,。

下面是消費類電子領域經常用的浪涌設備的耦合/去耦合網絡原理圖,，浪涌是注入到設備的供電線中的，去耦合網絡是為了保護供電設備不受破壞,。手機項目中一般選用二極管耦合/去耦合,。

2、TLP測試

Transmission Line Pulse測試,，用100ns脈寬的方波,，測量不同電壓幅度下的電流值，電壓值一直增加到管子損壞為止,。100ns比IEC61000-4-2規(guī)定的靜電波形1ns大得多,，這更能考驗ESD管的性能,，也更能反應ESD管的鉗位能力，下圖是浪涌測試和TLP測試的比較,，明顯TLP的能量更大,。

當我們看到兩個ESD管都能通過接觸±8kV靜電測試的時候，我們該如何去選擇呢,，這個時候我們要看ESD的管的鉗位電壓那個更低,，如果都差不多，就再用TLP測量出I-V曲線,，如下圖,，對比同樣電流下的鉗位電壓，低的那個就是*好的,。

3,、ESD管接觸放電實測波形

一個ESD管的接觸±8kV實測波形，可以看到ESD管可以把8kV的電壓鉗位到30V左右,，還是很厲害的,。

4、浪涌管實測波形

5,、TVS管的技術指標

Ipp：*大反向峰值電流,，就是按照按照IEC61000-4-5標準，8/20us電流波形,，電容/電感去耦合網絡測試的,。這個值越大，TVS管性能越好,。

Vc@Ipp：鉗位電壓,，達到*大電流Ipp時，鉗位電壓值,。這個值,，越小越好

Vrwm：*大反向工作電壓，被保護的信號,，其正常工作時的電壓不能超過這個電壓,。其實這個電壓是TVS管反向漏電流為1uA時的電壓值，如果電壓再大,，反向電流會很快增加。TVS型號上的數字就是這個電壓,。

Vbr：反向擊穿電壓,，二極管反向電流達到1mA時的電壓值。當反向電壓超過這個值時,，反向電流會急劇增加,。

Cj：結電容,，一般是pF級別，用在高速信號線上時,，比如USB2.0的D+和D-,，結電容要小于1pF。

Pppm：按照IEC 61000-4-5標準測試出來的*大Ipp乘以此時的鉗位電壓Vc,。浪涌管選型,，不要只看這個值，更要看鉗位電壓是多少,。

6,、ESD管和浪涌管選型

    Vrwm不得小于被保護信號的工作電壓。

    從減少漏電的角度考慮,，Vrwm比被保護信號的工作電壓越大,，漏電流越小。不要小看1uA的漏電流,，很多器件的待機電流都是

別的哦,。

    從保護強度的角度考慮，Vrwm越接近信號工作電壓,，管子的鉗位電壓Vc越低,，對信號的保護作用越好。

    ESD管和浪涌管的靜電防護等級要大于產品本身要求的防護等級,。

    ESD管和浪涌管的的靜電鉗位電壓,，浪涌鉗位電壓越低越好。

    浪涌管的鉗位電壓要小于被保護電路的maximal rating.

    浪涌管的功率要求：假設要通過300V浪涌,，要求鉗位電壓是20V以內,，因為浪涌測試儀的內阻是2ohm，所以*大輸出電流是(300V-20V)/2ohm=140A,，則要選擇管子功率在140A*20V=2800W以上,。當然，如果這個浪涌管的鉗位電壓小于20V,，對功率的要求還能低一些,。

管子的保護性能，主要跟鉗位電壓有關,，不要看Ipp之類的參數,。

簡言之，先看Vrwm,，再看Vc,，在看功率，沒什么難的,。