谨慎选择保护元件　建构更完善之影音产品使用体验

影音产品是目前消费者每日接触最频繁的电子产品，不管是移动式设计还是家电型产品，此类设备往往需要面对经常性的连接线路插拔，尤其是视/音讯端子界面，最易产生EMI/ESD问题，而影音界面规格持续朝高分辨率、高频数据传输方向演进，益加凸显影音设备ESD保护课题的重要性...

ESD(Electrostatic Discharge)静电放电问题，是指电子系统或设备，遭受过度电性应力(Electrical Overstress；EOS)的结果，尤其是单一元件受到过度电性应力，发生功能性毁损或元件烧毁性破坏，小则导致产品或设备系统运作不正常，大则造成产品永久性故障或损坏。

目前消费性电子大量使用集成电路进行功能整合与产品微缩开发方案，然而集成电路相较传统的电路设计，对ESD保护的要求更高，因为集成电路更容易受ESD影响，而由高度整合的IC元件所组成的应用系统，只要单一IC出现问题，整个功能模块便会发生故障，可见ESD影响的层面之大。

消费性电子产品 尤要重视ESD防护设计

一般而言，静电放电的破坏问题，绝多数是人为因素触发，且这种人为因素又相当难避免！在产品生产过程，例如元件、模块或系统载板在制造、测试、组装、搬运...等过程中，多数ESD问题可透过工厂管理与人员教育加以避免，但产品制造完成送到用户手上，用户执行安装、设置等动作，不见得能如工厂人员有经专业训练与流程控管，若产品本身没有做好ESD防护设计，用户随便几个产品插拔、接触动作就可能让产品因ESD问题而故障。

ESD问题尤其在目前影音设备方面更为明显，因为影音设备必经装设过程，即是用户必须自行串接不同影音设备的信号源，或是将输出接往电视或音箱等设备，其间可能有大量的影音端子插拔，可预期的状态会有在产品启动或是未启动状态下的设备、端子插拔，或是当用户误操作下的电气界面冲突，可能造成的ESD现象。

特别是目前进阶的影音设备，大多已搭载HDMI数码影音传输界面，HDMI在规格上必须因应色彩扩充、数码音效格式的延伸要求，信号频率自早期的165MHz一路提升，至今已超过700MHz以上，面对高频化、高速化的界面传输要求，这也使得相关的ESD保护设计条件更形严苛。

使用TVS元件改善产品ESD防护能力

为确保产品能因应外部ESD突发状况，多数产品都依据国际电气委员会(International Electrotechnical Commission；IEC) 61000-4-2...等标准进行产品测试。为了满足高速传输数码影音内容所需，电容必须进一步压低，但也会导致ESD保护效果降低，开发人员必须使用多重ESD保护方案，让产品符合ESD保护标准。

除了使用关键元件改善产品ESD表现外，系统设计人员也可采行其他方案，例如，强化外壳设计、PCB电路板布线、通用元件选择ESD防护等级较高者，甚至是透过产品的韧体来改善ESD防护效果，都是可行的替代方案。但前述几种非采元件的改善方式，改善幅度有限，因为装置ESD问题绝大多数都源自产品的外接界面，在输入/输出或关键的连接器处采取电路节点的ESD保护措施，对产品的ESD防护设计有更积极的助益。

常见方法是在产品输入/输出端子的关键电路增设保护元件，针对不同界面的电气特性，目前保护元件厂商也开发出多种特定用途的ESD防护解决方案，其产品内容多半是瞬态电压抑制元件(Transient Voltage Suppressor；TVS)。瞬态电压抑制元件，为利用二极管特性，在应用上属于一种相当有效的保护元件，因为不同界面设计可能遭遇的ESD形式、能量不同，须针对不同保护电路或系统界面选取对应元件。

一般IC均有一定程度的输入过度电性应力极限，当输入端暂态电压超过元件极限，即会导致IC遭静电打穿或故障，但一般状况下的ESD电性应力，偶发性遇到当输入电性应力高于正常输入电压范围，IC仍可能承受持续性端点的过电压问题，过电压问题持续仅极短时间，IC元件尚能承受暂态高压，但若持续超过可承受极限，IC损坏的可能性极高。

应用TVS 必须依据保护电路特性慎选

而TVS的设计会设置在IC之前，TVS元件目的在ESD突发状况发生时，把输入电压(含暂态高电压)箝制在IC可接受之正常安全范围，使IC在保护的环境下持续正常运作，同时不影响系统功能。TVS元件必须设计于最常出现ESD问题之有利位置，例如，连接器、输出/入界面，尤其是具敏感性电气节点处的电压控制，同时可将过电流引导至非敏感节点，例如接地。

TVS的元件要求必须在正常工作电压范围内呈现极高状态，借此维持电路正常运行，而在非正常电压范围，TVS元件必须在极短时间内转换为极低阻抗，在关键突发状态时将电流自敏感电路节点导引至非敏感电路，同时限制瞬态电压表现。

ESD TVS元件使用的技术不外乎压敏电阻、聚合物和矽二极管...等3种方案，以金属氧化物变阻器(Metal Oxide Varistor；MOV)来说，元件特性为处于低电流和低电压均具高阻抗表现、于电压/电流较高时阻抗大幅下滑，为电压钳位元件。而压敏电阻属于双向保护元件，元件具极宽范围电流与电压耐受能力，多用于高压输电线路、雷电保护或小型SMD元件应用等，但其元件同时也有高电容问题，这代表其在高速信号传递的I/O应用可能会受到限制。

聚合物浪涌TVS抑制器，为多数高效或高频应用环境常见的应用元件，聚合物浪涌抑制元件的电气特性为消弧元件产品，同时具备双向保护特性，元件的电容值表现极低，可因应高频传输应用需求下的ESD保护，但元件也有其运用极限，缺点是导通电压、导通阻抗性能等表现略为逊色，同时遭受多次电性应力后，性能即趋于下滑。

另有基于双向二极管之TVS元件，近来在技术持续发展下，其性能也获得改善。二极管之TVS元件为利用2个二极管安置于同一封装体中，以往的矽二极管TVS元件可能会有电容偏高问题，目前技术已可达到低电容表现的ESD保护应用水准。