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为什么部分ESD保护二极管采用 “双向击穿” 设计?
来源:音特电子 发布日期:2025-11-15 浏览次数:314次
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首先 解释双向与单向的概念

  • “双向击穿” 设计是指二极管在正向和反向偏置时均能实现可控击穿,其核心是采用对称PN结结构(如:P-I-N-P 或 N-I-P-N),正向导通时利用 “正向雪崩击穿”,反向导通时利用 “反向雪崩/齐纳击穿”,适用于双向信号通路(如差分信号、无极性电源)
  • “单向击穿” 设计是指 ESD 保护器件仅在一个特定电流方向下发生击穿导通,以此泄放静电能量;反向则保持高阻阻断状态,不影响电路正常工作的设计方案

其次 哪些场景适合用双向或单向

双向 ESD 二极管适用场景

双向 ESD 二极管可在正、反两个方向触发击穿,泄放静电,不影响双向传输的信号或电压
  • 交流信号线路
  1. 适用原因:交流信号本身交替变化极性,双向 ESD 能保护正负两个方向的静电冲击,且不阻断正常信号传输
  2. 典型应用:音频线路(AUX、耳机接口)、模拟信号线路(传感器差分信号)、射频(RF)线路
  • 双向数据接口
  1. 适用原因:接口信号双向传输,静电可能从任意方向侵入,双向 ESD 可全面覆盖保护
  2. 典型应用:USB 2.0/3.0、HDMI、DP、以太网(RJ45)、I2C/SPI 总线(双向通信)
  • 无极性电源或对称电压线路
  1. 适用原因:线路无固定正负极,或可能出现正负电压波动,双向 ESD 可应对双向过压
  2. 典型应用:未明确正负极的外接电源接口、对称供电的工业控制线路

单向 ESD 二极管适用场景

单向 ESD 二极管仅在一个方向(正向或反向)击穿导通,反向保持高阻,适合信号 / 电流单向流动的场景
  • 直流电源线路
  1. 适用原因:直流电源有固定正负极,静电多从正向侵入,单向 ESD 可在正向击穿泄放静电,反向不影响电源正常供电
  2. 典型应用:DC-DC 电源输入口、电池供电线路、5V/12V 设备电源接口
  • 单向信号线路
  1. 适用原因:信号仅单方向传输,静电风险集中在信号传输方向,单向 ESD 不干扰正常信号的单向流动
  2. 典型应用:串口 TX/RX(单工 / 半双工模式)、GPIO 输出引脚、打印机并行接口、传感器输出信号线路
  • 需保护反向耐压的场景
  1. 适用原因:部分电路反向耐压较低,单向 ESD 的反向高阻特性可避免反向漏电或击穿,保护后端器件
  2. 典型应用:二极管整流后的电路、MOS 管驱动线路、精密模拟电路的单向供电支路

选型小技巧

  • 先判断线路 “信号 / 电流方向”:双向传输→选双向 ESD,单向传输 / 固定极性→选单向ESD
  • 再看“静电侵入方向”:若静电可能从正反双向而来(如外部接口),优先双向;仅单一方向有风险(如内部电源支路),可选单向

双向 ESD 二极管(适配交流 / 双向信号场景)

型号(行业通用系列,网站常见) 核心参数 应用方案举例
SMBJ6.5CA(双向) 击穿电压~7.0V,钳位电压~10V,封装 SOD-123 USB 3.0 接口保护:用于移动硬盘、U 盘的 USB 接口,抵御插拔时的双向静电,不影响数据双向传输
SMCJ12CA(双向) 击穿电压~13.5V,钳位电压~19V,封装 SMC HDMI 2.0 接口保护:电视、投影仪的 HDMI 接口,应对正负方向静电冲击,保障音视频信号稳定传输
SOD-323 0402CA(双向) 击穿电压~4.5V,钳位电压~6.5V,封装 0402 耳机音频接口保护:智能手机、音响的 3.5mm 音频口,适配交流音频信号,体积小不占 PCB 空间
ESD5Z6.8CA(双向) 击穿电压~7.5V,钳位电压~10V,封装 SOD-523 I2C 总线保护:单片机、传感器的 I2C 双向通信线路,防止总线静电导致的通信中断

单向 ESD 二极管(适配直流 / 单向信号场景)

型号(行业通用系列,网站常见) 核心参数 应用方案举例
SMBJ5.0A(单向) 击穿电压~5.5V,钳位电压~8V,封装 SOD-123 5V 直流电源接口保护:路由器、监控设备的 5V 电源输入口,阻断反向漏电,泄放正向静电
P6KE12A(单向) 击穿电压~13V,钳位电压~20V,封装 DO-15 12V 工业电源保护:PLC、变频器的 12V 供电支路,耐受大电流静电,保护后端精密电路
SOD-123 1N6185A(单向) 击穿电压~6.8V,钳位电压~9.5V,封装 SOD-123 串口 TX 引脚保护:单片机 UART_TX 单向输出线路,防止静电从输出端侵入芯片,不影响信号发送
ESD3Z3.3A(单向) 击穿电压~3.6V,钳位电压~5V,封装 SOD-323 锂电池保护板:蓝牙耳机、智能手表的锂电池供电线路,适配低电压直流场景,体