电涌吸收新器件

---最近,PC和打印机等广泛使用 USB2.0、IEEE 1394和100B等接口,由于数据通信速度急速增长,用户迫切要求输入电容小的电涌吸收保护器件（例如,需要输入电容仅为4pF的新器件）。因为,以往应用的电涌吸收器件,其输入电容高达7pF;它能使数据信号波形恶化,甚至导致出现位错误。
---在这种情况下,许多电子器件制造商为满足市场需求,纷纷推出低输入电容型电涌吸收器件。例如,日本NEC 为顺应市场需求,推出NSAD（NEC Surge Absorber Device）系列产品,它是一种新结构器件。本文以NSAD为例,仅就其特点、设计手法和产品应用作简单介绍,谨供参考。

NSAD特点
---通过细致的模拟技术分析,优化出PN结面积、扩散层和基板等参数,并且利用先进的半导体工艺新技术成功地制造出新结构的NSAD产品,它同以往的电涌吸收器件相比,在不降低耐受静电放电ESD（Electro Static Discharge）能力的前提条件下,使新结构的器件输入电容降低到4pF。

设计手法
---若单纯从降低电涌吸收保护器件的输入电容角度观察,它是由作用区的PN 结面积和扩散结构所决定的;但是,电涌吸收保护器件必须具备耐受静电放电ESD能力,经过权衡的结果,不得不采用新结构（见图2所示）。
---从图1所示的曲线中可以清楚地看到,利用以往的器件结构,随着输入电容的下降,器件耐受静电放电ESD 的能力也相应下降;为了保持耐受ESD能力不降低而且还要求削减输入电容,通过采用双向二极管结构,实现了在耐受ESD 能力不变的条件下可以降低输入电容,如图1所示。
---这是因为由于采用新结构器件而产生的负阻效应的缘故,因为放电击穿电压VBR（Break down Voltage）比转折电压VBO （Break Over Voltage）更低,所以可以使热能很小,从而实现很高的耐受ESD 能力。新器件的伏安特性,如图2所示。
---作为电涌吸收器件,曾把新器件同薄膜安装型熔丝及可变电阻进行比较,其结果如表1所示,事实证明,新器件的耐受ESD能力较强。
---在NSAD系列里,由于采用新结构并且优化PN 结面积、扩散层和基板参数,它同以往的系列相比,可在不降低耐受ESD 能力的条件下,输入电容可减省一半。

关于新产品系列
---电涌吸收新功能器件NSAD 最大额定值和电性能一览表,详见表2。此次上市 的NSAD 系列产品里,共分NSAD 500H、F和S三种型号产品。它们的输入电容 Ct典型值为3.5pF（比以往产品的Ct典型址值7pF降低一半）,然而耐受ESD 能力同样也是8kV。
---作为器件的封装,因容纳电路多寡而异,例如 4电路 产品的封装为SC-88A,2电路产品封装为SC-59,2电路产品的小型封装则采用SC-90。以上产品的封装均是适合SMT工艺的封装;节省器件安装面积,也便于选择适合接口布线图形的封装结构。
---关于NSAD 系列产品的封装结构,不限于表2所示的3种型号,还将要开发比以往封装结构更小型化和薄片化的扁平引线型封装;但是,这种小型化封装只限单个电路产品,例如,用于单个电路里的电涌吸收器件。

应用领域
---此次介绍的吸收器件 NSAD系列产品,广泛应用于PC、信息家电等领域,详见表3。
---以下列举具体实例 ,图解说明各个实际应用情况。例如,IEEE1394a应用电路实例,请参阅图3。这是以凸输编码器为代表的IEEE 1394a接口电路,由于数据传送速度高达400Mbps,必须选用输入电容小的电涌吸收器件。因此,在该应用案例里,所选用的电涌吸收器件,可采用输入电容小于4pF 的产品。
---以PC、打印机等PC外围机器为代表的USB 2.0接口电路,详见图4。因为数据传送速度高达480Mbps,所选用的电涌吸收器件也同样应当是低输入电容的器件。在这个应用里,电涌吸收器件可以选用输入电容为4pF以下的器件产品。此外,为了验证这样选择的正确性,对于利用新功能器件 NSAD 的USB2.0接口基板,采用NEC评价用PCI 电路板（安装有PD720100）进行测试,获得如图5所示的USB2.0 Eye Pattern评价结果。根据出现的这一测试图形,证实 USB 2.0接口里一切工作正常。也就是说,NSAD 新器件确实能够保护USB2.0接口正常运行。
---作为第三应用案例是在以局域网卡（LAN Board）为代表的100B接口,详见图6,在这类应用里,因数据传送速度仅为100Mbps可以选择用输入电容为8PF 的电涌吸收器件。

结束语
---通过以上的简单介绍,可知NSAD系列产品确实是支持接口高速电涌吸收保护器件,其输入电容比以往的器件降低一半。
---通过在高速接口电路里实际应用NSAD 系列产品,证实了新结构的电涌吸收保护器件是支持高速接口的重要器件。因为,众所周知, IEEE 1394、USB2.0和100B接口应用领域甚广 ,如像IEEE 1394接口等构架的多媒体家庭网络深受用户欢迎。如今有了NSAD系列产品,为高速接口安全有效的应用提供了可靠保障。新结构的电涌吸收器件自身也要向高性能且低价位方向发展。