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常用ESD保护器件之： 瞬态电压抑制二极管（TVS Diode） TVS二极管简单来说是固态的PN结装置，专门用于保护敏感芯片免受瞬态过压的影响。其电气特性主要取决于它的结面积，掺杂浓度和衬底的阻抗率等，先进的TVS设计已接近复杂的主芯片。由于TVS极快的响应时间，极宽的工作电压范围，极低的钳位电压和其可靠性强，使得它成为板间理想的过压保护器件。 除了TVS之外，市面上还有一些其他用于ESD保护的器件，那么TVS和它们之间有什么区别呢？今天我们就做一个详细的比较。
常用ESD保护器件之： 聚合物静电抑制器 （Polymer ESD Suppressor） Polymer ESD Suppressor（聚合物静电抑制器）是由聚合物（Polymer）电压诱变材料和高电分子材料为核心制成的固体电子元件。内部成菱形以规则离散状排列，当瞬间电压超过该器件的触发电压时，内部分子迅速产生尖端对尖端的放电，将瞬间能量泄放到地。
其特点为： 聚合物静电抑制器在两个电极之间存在着导电间隙，它能够引起两端电性的不连续。而间隙内充满了聚合物材料，这种材料类似于氧化锌（ZnO）材质的MLV，具有电压可变特性，所以它对过压能量有一定的抑制作用。但聚合物材料不能抵挡过大的瞬态浪涌能量，故通常只拿来做ESD防护。 聚合物器件在制造的时候很难准确描述各项参数的区间，因此规格书中通常只包含典型值，而没有最小和最大值。 另外需要注意的一点是，聚合物器件通常要达到200V以上的高压才有可能被击穿，所以它在ESD防护的时候导通电压和残压都非常高。
下面我们就一起来看看聚合物器件在ESD测试条件下的表现： - Peak Clamping Voltage vs ESD Voltage
在1KV~10KV的ESD测试中，Polymer的峰值钳位电压会从200多伏激增到1900多伏，这个级别的残压对于绝大多数的芯片来说都是致命的。而TVS的残压相对来说波动极小，更低残压会对系统的ESD能力带来更大的提升。
- Peak Clamping Voltage vs ESD Discharge Times
另外，从8KVESD，100次放电的钳位数据上看，聚合物器件在此过程中，其钳位会有很大的离散性，并且会随着试验次数的增加而变大。而TVS相对来说波动区间非常的小，几乎呈现成一条直线，这说明TVS的保护效果和可靠性都要优于聚合物。
常用ESD保护器件之： 压敏电阻（MLV）
压敏电阻是由金属氧化物（ZnO）构成的压敏电阻器，其主体材料有二价元素锌（Zn）和六价元素氧（O）所构成。压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。 由于压敏电阻是由金属氧化物颗粒构成的，内部的氧化物颗粒相互之间形成晶体状结构，故它和TVS有着类似的IV曲线，但氧化物颗粒在经受了外部能量冲击之后，会产生老化的现象，进而会改变它原有的IV特性。
Positive ESD vs. Breakdown Voltage Delta (@1uA)
- 同一ESD等级下，ESD作用于MLV的次数越多，其VBR的偏离度会越大
- 越高等级的ESD作用于MLV，其VBR的偏离度会越大
- 故MLV在经历了多次ESD冲击后，其原有的IV特性会发生很大的变化
- +8kV Contact Discharge 钳位电压比较：
Note: Data Taken with 10x Attenuator MLV (0201 Size), 5.6V, 15pF, 263V Clamp
TVS (0201 Size), 5V, 10pF, 21VClamp
(Semtech uClamp5031ZA)
从8KVESD的钳位波形图上看，5V，0201的TVS和聚合物钳位电压会相差200V以上，对于越趋脆弱的主芯片来说，几百伏的ESD都将会是致命的损伤。同时我们可以看出，TVS的钳位特性要远远优于MLV。
TVS、Polymer和MLV的TLP特性比较
我们以常用的5V高速应用为例，来对比一下三种器件在TLP下的特性。从上图可以看出，Polymer器件要450V以上才会打开，并且打开之后的钳位会到30V以上。MLV的打开电压和钳位电压也会到60V以上，而TVS不管是打开电压还是钳位电压，都要优于Polymer和MLV器件。
总结 通过TVS和聚合物（Polymer），压敏电阻（MLV）的对比分析，我们可以看到，聚合物和压敏电阻在ESD保护方面，它们的打开电压和钳位电压都非常高，并且具有很大的离散性，且存在着老化失效的风险。而针对上述问题，TVS都有很好的表现。因此可以说，TVS器件才是板间最佳的ESD防护方案。
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