圣邦微电子硅TVS二极管的特性和优势

静电放电（ESD）是造成电子产品和集成威廉希尔官方网站 系统损坏的主要元凶之一，每年给电子行业带来的损失高达数千亿人民币。ESD 对电子产品造成的损伤中有 90% 都是潜在性损伤，这类损伤在出厂质量检测中难被检测到，但会在产品使用过程中逐渐显现出质量问题。因此，ESD 被视为是电子产品质量最大的潜在威胁，而静电防护也成为电子产品质量控制中的关键环节。

在静电防护设计中，选择合适的 ESD 保护器件至关重要。在所有静电防护的应用场景中，天线等射频接口是对 ESD 保护器件要求最高的场景之一。这类应用场景下，器件不仅要能在受到正向或者反向瞬态高能量冲击时极快地将其两极间的高阻抗变为低阻抗，以吸收高能量的瞬时过压脉冲并将其电压钳位于一个预定值，还要尽可能减少由于 ESD 保护器件的寄生参数或电气特性带来的谐波噪声和互调干扰。谐波噪声和互调干扰可能会导致无线模块传输信号失真或者接收灵敏度下降，进而增加通信的误码率。

ESD 保护器件的种类

SG Micro Corp

常见的 ESD 保护器件主要包括压敏电阻、陶瓷 TVS 二极管和硅 TVS 二极管等。

压敏电阻的工作原理基于其非线性的伏安特性，响应时间相对较慢（通常在 ns 级），而其高达几百 pF 的结电容使其不适宜直接应用于高频信号的保护。此外，压敏电阻的 ESD 性能会随着使用次数的增加而逐渐降低。

陶瓷 TVS 二极管采用电极间放电机制，其结电容很低，一些国际优秀厂商的产品甚至可以做到 0.05pF。然而它们能够承受的 ESD 脉冲次数有限，一般在 1000~10000 次之间。

硅 TVS 二极管是基于 PN 结雪崩击穿原理，能够在 ps 级时间内吸收数千瓦的浪涌功率。虽然其结电容相对于陶瓷 TVS 略高，过往认为不太适合用于射频产品，但随着工艺的进步，硅 TVS 的结电容也在逐渐逼近陶瓷 TVS 的水平。此外，硅 TVS 的工作原理决定了其使用次数没有限制，性能也不会随着 ESD 脉冲的增加而下降。

圣邦微电子推出的 TVS 二极管是硅 TVS 二极管。器件结电容做到了 0.15pF，且已成功通过 IEC61000-4-2 测试认证。

接下来，我们将主要介绍器件结电容低和属于非回弹型 TVS 二极管两方面特性以及这两种特性在射频应用中具备的优势。

一、低结电容 TVS 二极管特性及在射频应用中的优势

射频技术为何青睐低结电容的 TVS 二极管？射频芯片因其高工作频率，对任何非预期的寄生参数都极为敏感，这些参数在高频环境会放大其负面影响。因此，射频领域对 ESD 保护器件提出了更严苛的要求。图1展示了圣邦微电子不同结电容 TVS 二极管在 10Gbps 高速信号传输情况下的眼图。最左侧的眼图显示了未经PCB板传输的信号，中间的眼图显示了仅通过空 IC PCB 板传输的信号，最右侧的眼图则是经过加装 IC 的 PCB 板信号传输的情况。

通过对比可以明显看出，当 PCB 板加装了结电容为 0.692pF 的 TVS 二极管后，传输信号波形发生了明显畸变；相对地，使用结电容为 0.232pF 的 TVS 二极管时，其眼图与仅通过空 PCB 板传输的眼图基本一致。这一结果标明，TVS 二极管的结电容越小，对系统高速信号传输性能影响越小。

图 1 不同结电容 TVS 二极管在高速信号传输情况下的眼图

探查这一现象背后的机理，是射频 IC 的源阻抗或威廉希尔官方网站 板寄生电阻会与 TVS 二极管的结电容结合，形成一个 RC 低通滤波器，这种滤波器对高频信号有衰减作用。寄生电容的增加会导致 RC 低通滤波器的极点频率下降，进而增加插入损耗（Insert Loss，是指发射机和接收机之间，由于插入器件带来的信号损耗，其定义为：IL = -10log(PO/PI)，测试原理框图可见图 2）。

图 2 TVS 二极管插入损耗测试原理框图

表 1 列出了 SGM05FB1E2 和 SGM15UB1E2 这两款器件的基本参数，它们分别代表 5V 和 15V 的 TVS 保护器件。两款产品均是双向（Bidirectional）二极管，且结电容都小于 0.4pF。

表 1 SGM05FB1E2 和 SGM15UB1E2 的基本参数

根据图 2 原理框图进行的插入损耗测试结果在表 2 中列出。SGM15UB1E2 在 2GHz 频率的测试下，插入损耗仅为 -0.01dB；而在 6GHz 频率的测试下，插入损耗也仅为 -0.02dB。这些数据表明，低结电容的 TVS 带来的插入损耗是极低的。

表 2 SGM05FB1E2 和 SGM15UB1E2 的插入损耗

二、非回弹型 TVS 二极管特性及在射频应用中的优势

触发电压（Trigger Voltage）是 TVS 二极管从高阻抗状态转换为低阻抗状态所需的最低电压。对于回弹型（Snap-Back）TVS 二极管，触发电压标记着进入回弹区域的第一个拐点；而对于非回弹型（Non-Snap-Back）TVS 二极管，其电流随两端的电压增大而单调上升，不存在折返特性。

图 3 展示了 GSM 天线接口连接威廉希尔官方网站 。若 TVS 二极管的触发电压太高，可能无法触发保护机制，导致周围低压器件受损。天线等射频接口威廉希尔官方网站 的电容等元件一旦烧毁，极易影响滤波网络，导致二次、三次等谐波增大。因此，降低触发电压是 TVS 二极管研究的重要方向之一。

图 3 GSM 天线接口连接威廉希尔官方网站

图 4 展示了最大工作电压为 15V 的陶瓷 TVS 二极管的 I-V 特性和漏电流曲线。其中黑色曲线代表 I-V 特性，蓝色曲线代表漏电流。可以看出，这种陶瓷 TVS 二极管是典型的回弹型器件，其触发电压接近 200V。如此之高的触发电压使得陶瓷 TVS 二极管用在信号线上的应用极易导致器件未能及时动作而损坏后端被保护的 IC，其 ESD 防护性能不全面，存在很大的潜在风险。同时可以看出，陶瓷 TVS 二极管的漏电流稳定性较差。

相对的，图 5 展示了最大工作电压 15V 的硅 TVS 二极管（SGM15UB1E2）的 I-V 特性和漏电流曲线。该器件是非回弹型器件，触发电压低于 20V。超低的触发低压可以更早吸收浪涌能量，并极大降低浪涌电压来临时器件不动作的概率。此外，器件的漏电流非常稳定，保持在 55pA 左右。

图 4 陶瓷 TVS 二极管的 I-V 特性和漏电流曲线

图 5 硅 TVS 二极管的 I-V 特性和漏电流曲线

图 6[1] 和图 7[1] 分别展示了非回弹型和回弹型 TVS 二极管在 100MHz RF 信号下的电流和电压瞬态波形。从图中可以明显看出，回弹型 TVS 的电流和电压受到严重的 RF 信号干扰。表明回弹型 TVS 二极管很可能会导致更强的谐波，从而导致天线的灵敏度下降；而非回弹型 TVS 二极管在很大程度上不受 RF 信号的影响。因此，从谐波角度来看，非回弹型 TVS 二极管可能是更适合在天线等射频应用中使用的器件。

图 6 100MHz RF 信号下的 TVS 二极管电流瞬态波形

图 7 100MHz RF 信号下的 TVS 二极管电压瞬态波形

最后，为了方便研发工程师快速而准确地挑选圣邦微电子的 TVS 二极管型号，图 8 详细展示了圣邦微电子 TVS 二极管产品命名规则。

图 8 圣邦微电子 TVS 二极管命名规则

关于圣邦微电子

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