ESD靜電放電保護電容器是甚麼

一些晶片電容器專門用來吸收靜電放電(ESD)。但是典型的ESD保護電容器只不過是一個普通的晶片電容器,一般把這些電容器直接放置在PCB的連接器上,其主要目的是吸收連接器上產生的靜電荷,防止靜電荷進入PCB,對PCB上的電子零件造成潛在的破壞。它們的電容值通常很小(最常見的是0.1uF),0603封裝(足夠大的物理尺寸,以避免靜電擊穿),中等電壓(50V和100V是最常見)的MLCC電容器。舉個例子,如下面電路圖所示,C3、C4和C5全都是ESD保護電容器。

ESD保護電容器常見於汽車和工業電子產品中, 這些產品是典型高可靠性的產品,並且通常要求PCB上每個連接器引腳都要經過重複的測試,以確保靜電荷不會對其造成破壞。如果電氣連接器處於插拔狀態,靜電荷便很常出現,特別是在車輛/機器製造和維修過程中。因為任何連接器的引腳實際上都是暴露在空氣中,由人為和機器產生的靜電荷情況都很容易發生,因此所有額外放置電容器和其他靜電放電保護設備的成本都是值得的,它們可以避免災難(特别有可能危及生命) 或者即使只是一個嚴重的故障(例如,由於PCB上的一個隨機晶片被ESD燒毀擊穿,必須更換整個發動機的控制機組)而遭受重大損失。

特殊用途的“ESD保護電容器”結構通常只是以略微不同的多層幾何形狀構建而成,使其更堅固以防止擊穿。價錢上,它們比較昂貴,但可以利用更小的尺寸(如0402)晶片電容器放置在電路板上,以節省電路板空間。

那麼為甚麼不是所有的連接器引腳都有ESD保護電容器呢? PCB上的一些電路是不能添加額外的電容器,因為這些電路通常是傳送一些高速數字通信信號。在上面的圖片中,RS485線路採用了TVS (低電容值) 保護方案,所以信號不會失真(變慢)。實際的電路板佈局可能看起來像這樣(圖片由德州儀器 SLLA292A 應用說明提供)

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例如,RS485相對於USB之類的通訊標準來說不是高頻,而且還有一些專門針對 USB通訊標準的特殊超低電容 ESD保護的方案。