干货分享 | ESD 保护的智能小型化

在寻找适用于快速数据线的“理想” ESD 保护解决方案时，需要考虑三个主要挑战：信号完整性、系统级 ESD 鲁棒性和管脚尺寸。为了解决信号完整性，我们需要一种具有低电容和低电感特性的 ESD 保护器件，而这通常会被忽略。从系统级 ESD 鲁棒性的角度来看，低钳位电压逐渐变得比 ESD 保护器件本身的鲁棒性更为重要。遇到潜在故障条件时，数据线可能会与电源线短路，因此保护器件的浪涌鲁棒性再次变得非常重要。Nexperia（安世半导体）通过使用先进的 TrEOS 硅技术和源自晶圆级芯片尺寸封装（WL-CSP）技术的先进封装来应对这些挑战。

但是，减少 ESD 保护管脚尺寸的最佳方法是什么？一种显而易见的方法是只需缩小封装尺寸。Metric 0603 封装（0201”）现在已成为移动行业公认的标准，并迅速成为计算行业的标准。

更小的 0402 metric（01005”）已用于空间要求严苛的应用。由于 USB 4 数据线的RF需求，以及回波损耗之类的参数变得越来越重要，当使用更窄的焊盘时（从0603变为0402），如果对比在此封装中使用相同的二极管，回波损耗会更低。但是，更小的封装会对组装技术提出更高的要求。

在相同的管脚尺寸内提供加倍保护

一种替代方法是采用 Nexperia（安世半导体）的新型 DFN0603-3（SOT8013）封装打造二合一解决方案，在使用现有0603（0201”）管脚尺寸的同时，保护两条线路（差分线对）。

DFN0603-3 概念具有以下优点：

▶ 二合一的方式，意味着占用一个器件的管脚尺寸即可提供两个保护器件

▶ 几乎无需额外的空间，即可保护差分线对

▶ 在一块芯片上配备两个 ESD 保护器件可提供极高的对称性，从而确保差分数据线上的非常出色信号完整性

▶ 较小的焊盘能够减少系统的回波损耗

▶ DFN0603-3 是行业标准的封装

Nexperia（安世半导体）已经采用这个 DFN0603-3 封装，并为其添加 TrEOS ESD 保护。这意味着该产品系列可根据需要提供低至 0.2 pF 的电容、高达 11 A 的浪涌鲁棒性以及在 8 A 8/20 µs 浪涌时 4.4V 的钳位电压。

增强RF性能

因此，我们获得了很高鲁棒性和很低钳位。但是 RF性能如何？从应用方面，我们强烈建议将中间引脚连接至 GND。该器件旨在保护超高速差分数据线，因此保护应尽可能对称。

请快速浏览安装在测试板上的 PUSB3BB2DF 的 20 Gbps Thunderbolt 眼图（该板尚未去嵌），我们已经看到了新型 DFN0603-3 封装提供出色 RF 性能的潜力。

△ Thunderbolt 眼图，带 PUSB3BB2DF 的 PCB；数据速率：20 Gbit/s，GND 在引脚 2 上

由于该器件还具有 HDMI 功能，因此我们使用 HDMI2.1眼图 - 12 Gbps FRL、8dB 测试了 PUSB3BB2DF 的性能，更令人感兴趣的是使用最差电缆型号 3。同样，测试板未去嵌，DFN0603-3 在保护超高速数据线时表现出优异的 RF 性能。

△ HDMI 2.1 12G FRL TP2，最差电缆型号，8 dB 眼图，带有 PUSB3BB2DF 的 PCB

经过验证的保护功能可节省空间

Nexperia（安世半导体）的新型 DFN0603-3 封装提供了一种二合一解决方案，其中两个 ESD 保护器件仅共同占用一个器件的管脚尺寸。同时还保留了 TrEOS 技术的优势，具有很低的电容、钳位和很高的鲁棒性，并且还在超高速数据线上显示出色的 RF 性能。

请点击「阅读原文」，以便了解更多采用 DFN0603-3 封装并添加 TrEOS ESD 保护的产品。

作者简介

Stefan Seider

Stefan 致力于半导体和 ESD 保护领域已有 10 余年。作为 Nexperia 公司保护与滤波器件部门的产品经理，他负责产品定义、路线图和市场推介工作。面对瞬息万变的国际市场环境，根据客户以及销售和应用团队的反馈需求开发未来解决方案，这一切都令 Stefan 非常着迷。当然，由于拥有物理学博士学位，因此从事开发、质量和产品工作非常得心应手也不足为奇。