简单了解ESD模型与TLP曲线

上文讲了ESD和EOS的区别，说实话远不止那些。今日再稍加深入的介绍ESD。

一 ESD原理

ESD-Electro Static Discharge静电放电，具有不同静电电位的物体互相靠近或者直接接触引起的电荷转移。正常情况下，物体内部的正负电荷是相等的，对外表现不带电。当任何两种不同材质的物体接触后再分离就会产生静电。当正负电荷逐渐累计到一定程度时，将与周围环境产生电位差，从而使电荷经由放点路径发生转移，最终产生静电放电。带电的绝缘体本身不会对电子设备造成损害，然而静电放电却对电子设备的正常工作和运行造成严重的威胁。

二器件级模型

主要分为三种模型：人体模型(HBM) 机器模型(MM)带电器件模型(CDM)
人体模型(HBM) 人体在地面上走动或与其它物体摩擦积累了电荷，去触碰IC时，人体静电荷由PIN脚进入IC内部再由IC放电到地面。

机器模型(MM):机器模型，模拟自动化生产或测试机器本身积累了相当数量的静电荷，当机器去触碰到IC时，该电荷便经由IC的管脚放电。

带电器件模型(CDM):IC因摩擦或其他因素，内部积累了静电，但这个过程中IC并未被损伤。此带有静电的IC PIN脚接触到地面时，其内部的静电便会由PIN脚释放，进而造成放电的现象。

前面三者仅针对IC在制造环境下的测试。

三系统级模型

终端用户环境是一个系统级的ESD模型。对应的行业标准是IEC 61000-4-2。其主要分为接触放电和空气放电。而ESD器件符合IEC 61000-4-2标准，仅代表器件本身的防护，后级电路的防护水平依靠ESD器件的钳位电压来衡量。

补充：ESD钳位电压Vclamp是衡量ESD器件保护系统的能力
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上图表示为IEC 8KV冲击，系统电压随时间的变化，红色为直接冲击，蓝色则为加保护管后的冲击，峰值电压被钳至低位。钳位电压之所以存在，其根本原因在于TVS开启保护被击穿时，其提供一个低阻抗路径将电流导向地面。无论如何由于低阻抗的存在，其必然存在电压，为更深一步理解钳位电压的产生，可根据公式VC=IPP*Ron+Vbr（Ron为Clamping Voltage vs Peak Pulse Current曲线图斜率）。

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上图为IEC ESD的等效电路图。
150pf为放电枪和周围环境的分布电容；

静电波形由IEC61000-4-2定义
Tr为90% Ip与10% Ip的时间差值，Tr较小，仅为0.8ns±25%，所以保护器件的响应时间非常重要。同时静电的持续时长约为100ns。

测试环境
环境温度15℃-35℃
相对湿度30%-60%
大气压86kPa-106Kpa
静电的注入点要注意，有金属的地方，才适合做接触放电，如果是绝缘的，没必要做接触放电。

四 TLP说明

在很久以前的文章中，小白就讲过关于TVS器件的选型。

在每份ESD器件规格书中，我们都能看到这类详述
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然而在真正的用于项目使用选型时，其实每颗管子都是可抗住30KV的，这个时候我们往往需要关注ESD管哪颗钳位电压更低些。
如果钳位电压相同，很多人或许犯难究竟哪种更优。这时引入TLP概念可以让使用者找到更为合适的那一款。

所谓TLP测试，即用100ns脉宽,1ns上升时间的方波，测量不同电压幅度下的电流值，电压值一直增加到管子损坏为止。100ns相比于IEC61000-4-2规定的静电波形1ns大的多，更加能考验ESD管子的性能，也能反映处ESD管的钳位能力。
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从曲线可以看出，当4A的电流释放到ESD二极管时，它的钳位电压大概在7.5V;当放电电流为8A时，钳位电压为8.2V。