在電子產品測試領域，嚴格遵循 IEC61000 - 4 - 2 等標準是確保產品質量與安全性的關鍵所在。系統設計師為使產品契合主流 ESD 標準，會從多方面著手，像是精心規劃外殼設計、優化電路板布局、審慎挑選元件，甚至借助軟件修復手段。而在眾多舉措中，于輸入和輸出（I/O）連接器等關鍵電路節點安置保護元件，無疑是極為重要的一環。其中，ESD 二極管作為常用的保護元件，也常被稱為瞬態電壓抑制器（TVS）。

一、ESD 二極管的靜電保護機制與應用準則

眾多集成電路（IC）的輸入端口往往較為敏感，一旦輸入電壓遠超正常范圍，例如遭遇 ESD 應力沖擊時，便極易遭受損壞。正常工作電壓與致使器件開始受損的電壓之間存在一個特定區域，即安全過壓區。不過，安全過壓區與器件受損區會稍有重疊，這是因為即便電壓不在安全過壓區內，只要較大的過壓持續時間極短，器件仍有一定承受能力。

ESD 二極管的核心任務在于靜電事件突發時，將輸入電壓牢牢控制在安全過壓范圍之內，同時在正常工作狀態下，絕不能對系統性能產生絲毫影響。ESD 二極管通常被安置在靜電事件可能侵入系統的關鍵部位，其目的在于有效限制敏感節點的電壓，并將電流導向相對不敏感的節點，比如地電平。為達成這一目標，ESD 二極管需在正常工作電壓區間呈現高阻抗特性，以減少泄漏電流；而在正常工作電壓范圍之外，則要迅速切換為低阻抗狀態，從而將電流徑直從敏感節點疏導開來，并對瞬態電壓加以限制。

針對 ESD 二極管的基本要求會因具體應用場景而有所差異，但總體而言，通常涵蓋以下幾個方面：

（一）能在預期的靜電應力環境下穩定運行

這要求 ESD 二極管具備足夠的耐壓能力與抗靜電沖擊能力，確保在電子產品可能遭遇的靜電環境中，能夠有效發揮保護作用，避免自身損壞或失效。

（二）在正常電壓范圍內保持高阻抗（低泄漏）

在正常工作時，ESD 二極管應如同開路一般，僅有極低的泄漏電流，這樣才能保證系統的正常運行不受干擾，維持系統的穩定性與可靠性。

（三）在正常電壓范圍外呈現低阻抗

當靜電事件發生，電壓超出正常范圍時，ESD 二極管需迅速轉變為低阻抗通路，為瞬態電流提供泄放渠道，將電壓鉗制在安全水平，防止過高電壓對后續電路造成損害。

（四）導通電壓適配應用需求

導通電壓的選擇至關重要，它需依據被保護電路的正常工作電壓范圍來確定。若導通電壓過高，可能導致在靜電沖擊時無法及時導通，無法有效保護電路；若導通電壓過低，則可能在正常工作電壓下就誤觸發導通，影響系統正常運行。

（五）在承受應力期間可快速從高阻抗切換至低阻抗

ESD 事件往往瞬間發生，持續時間極短，因此 ESD 二極管必須具備快速響應能力，能夠在極短時間內完成阻抗狀態的切換，及時對瞬態電壓進行抑制，確保電路安全。

（六）電容對目標應用而言不過高

在一些高頻信號傳輸或對電容敏感的電路應用中，ESD 二極管的電容值不能過大，否則可能會對信號產生衰減、失真等不良影響，影響系統的整體性能。

二、ESD 二極管器件的分類剖析

在深入探究具體的 TVS 器件類型之前，有必要先明晰兩種重要的分類方式。

（一）單向與雙向保護

單向和雙向 ESD 二極管器件均具備抑制正向和負向應力的能力。而要透徹理解這兩種類型的差異，關鍵在于 ESD 二極管維持高阻抗、低泄漏狀態的電壓范圍，因為這一范圍直接決定了 ESD 器件所能保護的電路節點類型。

雙向 ESD 二極管具有相對于零伏電壓完全對稱的特性。這使得它在保護電壓基于零伏對稱分布或雙向變化的電路節點時表現出色。例如，在一些差分信號傳輸線路中，信號電壓在零伏上下對稱波動，雙向 ESD 二極管就能很好地對其進行保護。

單向 ESD 二極管產品則呈現出相對零伏電壓不對稱的特性。它特別適用于保護電壓極性始終保持一致的電路節點，比如常見的 0 到 5 伏單極性電壓電路。在這類電路中，單向 ESD 二極管能夠精準地針對特定極性的電壓異常進行防護，有效阻止過高電壓對電路元件的損害。

（二）電壓箝位與消弧

電壓箝位器件的工作原理是在低電壓時呈現高阻抗狀態，而一旦電壓升高至導通電壓之上，便迅速切換為低阻抗，并且整個過程不存在負阻抗區域。其工作方式類似于一個智能開關，當電壓超過設定的導通閾值時，立即開啟低阻抗通道，將高于導通電壓的部分有效鉗制住，通過提供接地的低阻抗路徑，確保電壓不會繼續攀升，從而保護后端電路免受過高電壓的沖擊。

消弧（crowbar）器件在低電壓時同樣保持高阻抗，但當電壓升高到一定程度時，會觸發一種全新的導通機制。此時，電流會急劇增大，同時伴隨著電壓的顯著下降，這就形成了所謂的負阻抗區域。某些消弧器件的觸發電壓可能相對較高，但只要其觸發速度足夠迅捷，即便電壓已經攀升至可能對器件造成損壞的危險電平，依然能夠及時啟動保護機制。由于消弧器件在工作過程中電壓會驟然下降，所以有時也被形象地稱作 “驟回” 器件。這種特性使得消弧器件在一些特定的電路場景中，能夠發揮獨特的保護作用，有效應對瞬間出現的高電壓尖峰脈沖，保障電路的穩定性與安全性。

ESD選型表