ESD 損壞可能是由于電壓過高、電流過大或兩者兼而有之。高電壓可能導致柵極氧化物擊穿，而 I 2 R 過大可能導致結故障和金屬化跡線熔化。隨著制造尺寸不斷縮小（英特爾的 Haswell 采用 22nm 工藝），可能導致 ESD 相關故障的電壓和電流水平也隨之降低。這使得提供哪怕是相對較低水平的片上 ESD 保護也變得困難；因此，重點已轉移到單獨的 ESD 保護裝置上。
改變應用環(huán)境會帶來問題
筆記本電腦、手機、MP3 播放器、數(shù)碼相機和其他手持移動設備的普及給高速差分接口（如 USB 3.1、HDMI 2.0、DisplayPort 等）帶來了特殊問題。在這些不受控制的環(huán)境中，所有者在連接和斷開電纜時經(jīng)常觸摸 I/O 連接器引腳；當用戶將相機、游戲和其他設備插入其 USB 和視頻端口時，設備會不斷受到 ESD 壓力。
一些常見的高速串行接口
協(xié)議 數(shù)據(jù)速率 (Gb/s) PCIe 3.0 7.877 SATA 3.1 1.5, 3.0. 6.0 DisplayPort 1.2a Source 1.62, 2.7, 5.4 USB 3.1 10.0 SGMII 1.25 HDMI 2.0 6 表 1：一些常見的高速串行接口
IEC 61000-4-2是系統(tǒng)級 ESD 測試的行業(yè)標準，旨在復制帶電人員在終用戶環(huán)境中對系統(tǒng)放電的情況。系統(tǒng)級測試的目的是確保成品能夠在正常運行中生存，并且通常假設用戶在使用產(chǎn)品時不會采取任何 ESD 預防措施。由此產(chǎn)生的靜電放電在 30 ns 內(nèi)可達到 16A（IEC 61000-4-2 4 級，8kV 接觸放電）。
ESD防護技術
在高速串行接口中，ESD 保護裝置僅僅簡單地鉗位 ESD 脈沖是不夠的：它必須在不損害高速鏈路的信號完整性的情況下做到這一點。
隨著速度的提高，接口在整個信號路徑中保持阻抗匹配至關重要。任何阻抗不匹配都會導致線路反射，從而增加抖動并可能損害信號質(zhì)量，因此高速串行接口要求對信號路徑中的任何外部元件有嚴格的電容限制。
添加所需的 ESD 保護也會增加不必要的額外電容。對于傳統(tǒng)的 ESD 設備架構，隨著保護級別的提高，設備電容也會增加，迫使設計人員在信號完整性和 ESD 保護之間做出選擇。半導體二極管具有許多理想的特性，例如低鉗位電壓、快速開啟時間和更好的可靠性，但直到近，其電容都高于其他架構。
近，制造商推出了專門針對高速應用的電容極低的二極管保護裝置。例如，NXP 的PUSB3FR4旨在保護高速接口，例如 10 Gbps 的 SuperSpeed USB 3.1。該設備包括四個 ESD 保護二極管結構，并采用無引線小型 DFN2510A-10（SOT1176-1）塑料封裝。
所有信號線均由特殊二極管配置保護，可提供 0.29 pF 的線路電容。二極管采用快速恢復結構，為下游組件提供保護，防止接觸 ESD 電壓高達 +/-15 kV，超過 IEC 61000-4-2 4 級。
類似的PUSB3FR6具有六個 ESD 器件，為 USB 2.0 和 USB 3.1 的接口組合提供系統(tǒng)級保護，這是新型 USB Type C 連接器的一個特點。
圖 1：ESD7008 對 IEC61000-4-2 +/-8kV 接觸 ESD 脈沖的鉗位響應（來源：ON Semi）
安森美半導體 (ON Semiconductor) 也活躍于該市場：其ESD7008采用 UDFN18 封裝，為 4 個差分對 (8 條線) 提供 ESD 保護，對地電容典型值為 0.12pF。
布局建議
PCB 上的許多寄生元件可能會降低系統(tǒng)整體的 ESD 性能，因此需要優(yōu)化 ESD 保護器件的放置和 PCB 布局，以實現(xiàn)的 ESD 性能。
以下是一些建議：
必須通過縮短返回 GND 過孔的接地路徑來盡可能地減少寄生電感。
對稱布局也能降低寄生電感。重要的是將連接器連接到ESD設備的一側，將收發(fā)器連接到另一側。
為了避免 ESD 在 PCB 上傳播，ESD 保護裝置必須盡可能靠近 ESD 源。
由于 ESD 應力可以在接口電纜的兩側傳播，因此需要在電纜的每一端都配備保護裝置。
用于高速的 ESD 保護設備使用流通式封裝，以方便正確的布局實踐。圖 2 顯示了 ST 的HSP061-4NY8的引腳排列，它為 HDMI、USB 3 和類似接口提供 4 線 ESD 保護。I/O 電容接地為 0.6pF，差分阻抗在 HDMI 規(guī)范下為 100 Ω（典型值）。
HSP061-4NY8 引腳分配和流通式封裝（來源：ST）
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