集成ESD钳位二极管的工作原理

其实钳位二极管一般应用于于集成电路中，可以保护器件免受ESD的损坏。微控制器、数字信号控制器和处理器的引脚内部一般会集成ESD钳位二极管。需要注意的是并非所有的IC引脚内部都会集成钳位二极管，有些低成本的IC控制器有时内部没有，所以我们需要详细查考具体的IC规格书中的引脚内部电路图。下图就是IC内部集成的ESD钳位二极管的电路拓扑图。

工作原理

正常工作时，假设管脚1的电压大约在0-3.3V之间，假设高电平为3.3V，那么D1将会反偏而不导通。另一方面，D2也是不导通的，因为D2的阴极连接到Vcc并且其阳极的电平等于Vcc。当引脚1的电压为零时，D2反向偏置，D1无偏置也不导通。

当ESD引起高压尖峰时，这些二极管会导通。例如，尖峰非常高并远大于Vcc电压，D2将被正向偏置，尖峰电压将被转移到 Vcc，引脚电压被钳位到了Vcc+Vd2，从而保护IC的内部组件。当有一个非常高的负尖峰时，D1 将导通，并将尖峰电压转移到GND,引脚电压被钳位到了-Vd1。

事实上并非IC的所有引脚中都会集成钳位二极管这样做的成本太高了。一般有几个特殊的引脚会集成，以下是需要钳位二极管保护的最常见引脚：

1. 软件烧录引脚

通常IC的软件烧录引脚是暴露在外的，特别是一些产品需要在现场调试，那么这些引脚上遭受ESD损坏可能性很高。所以在这些引脚上会包含钳位二极管。

2. 复位引脚

我们不希望我们设计的电路在没有任何理由的情况下重新启动。当复位引脚上发生 ESD时，我们的产品可能会重启动或永久损坏。特别是在浪涌等抗扰测试期间，复位引脚也可能会受到干扰，所以内部一般集成钳位二极管。

3. 用于测量线路电压的 IC 引脚

这些 IC 引脚一般是IC内部用于输入电压发生过压或者欠压保护的引脚，在浪涌测试期间，这些引脚可能会出现更高的电压尖峰，这些尖峰本质上类似于 ESD，所以也需要做防护处理。

审核编辑：汤梓红