导言
因为其不断削减的处理节点，数字和模仿IC越来越简单遭到静电放电 (ESD) 的损坏，因而为了确保充沛的体系级ESD维护，离散式ESD维护二极管成为一种必需组件。曩昔，咱们把VCC衔接添加至二极管，意图是下降其结电容。跟着新式二极管技能的呈现，现在却不再需求。本文将向您介绍曩昔为什么需求VCC衔接，并解说现在却不运用它的一些原因。
ESD是两个不同电势的物体触摸时呈现的静电开释现象。例如，在气候枯燥的冬季，在把印刷电路板(PCB) 封装到填充有泡沫的箱子里时，最高可发生20 kV 的ESD 。为了确保电子终端设备不受日常ESD 现象的危害，一般要求运用离散式二极管，其具有比标准2kV人体模型 (HBM) 更稳健的ESD额定值。离散二极管的ESD额定值直接与二极管的p-n结点面积成比例关系;可是，结点越大，寄生电容就越大。为了不影响二极管的ESD额定值，添加一个VCC衔接是一种IC规划办法，它可以有用下降二极管的寄生电容，但有可能会损坏衔接至VCC的一切其他器材。但是，工艺技能的最新进展，让二极管规划人员不再需求VCC衔接，并一起可以确保低电容和高ESD额定值。
二极管特性
二极管是最为根本的半导体器材。它由一个p型和一个n型结点组成，具有两个端头：一个p型端的阳极和一个n型端的阴极(请参见图1)。当从阴极向阴极(反向偏置)施加一个足够大的电压时，二极管进入其击穿区域。理论上讲，电阻为零时，它可以传导无限数量的电流。运用另一个方向(正向偏置)施加电压，会使二极管进入其正向导电区域。图2显现了一个根本二极管的IV曲线，它的阴极接地，电压穿过阴极。虽然针对不同运用有许多不同类型的二极衔接收，但这儿要评论的是ESD维护运用的超快速呼应二极管。这些二极管可以十分快速地对高ESD电压做出呼应，并经过分流ESD电流至接地，在几纳秒时间内便可把数千伏电压下降至只是数十伏。
影响二极管寄生电容的要素有两个：结电容(因为过渡层内的电荷改变)和扩散电容(因为中性区域内的过剩载流子)。在反向偏置区域由结电容主导，其为ESD二极管的正常运用区。二极管的结电容描绘如下：
其间：
A为结面积。εSi为硅的介电常数。q为一个库仑电荷。NA为受主掺杂浓度。ND为施主掺杂浓度。φ0为结点的内建电压。VA为在结点上施加的偏置电压。
在运用级，VA越高，结电容越低(请参见图3)。这是因为，曾经的二极管技能要求一个VCC偏置来稳压VA，-然后下降寄生电容。运用VCC衔接还让体系工程师可以在VCC节点添加一个大电容(请参见图4)，它起到一个电荷库的效果，意图是吸收一些过多的ESD能量，然后逐步添加ESD维护。
把高速二极管用于ESD维护
为了规划出一种高ESD额定值、低电容的二极管结构，一般运用三二级管办法(参见图5和6)，原因有三个：
1、比较在反向击穿区域，二极管在正向导电区域可以接受更强的电流。
2、躲藏式 (hiding) 二极管1和齐纳二极管可抵抗正ESD电击。
3、躲藏式二极管2可抵抗负ESD电击。
两个更小的“躲藏式”二极管与一个更大的齐纳二极管串联。因为其串行结构，躲藏式二极管的电容更小，可有用躲藏齐纳二极管的大电容。在正ESD电击期间，躲藏式二极管1进入其正向导电区域。齐纳二极管进入其反向击穿区域，然后构成一条通路，让ESD 电流被分流至接地，而不会进入受维护器材内部。大齐纳二极管的大尺度，让其可以在击穿区域接受大电流。在负ESD电击期间，躲藏式二极管2进入其正向导电区域，把ESD 能量直接引导至接地。在上面任何一种电击事情中，躲藏式二极管都可处理很多的ESD 电流，因为它们肯定不会击穿，只会进入正向导电区域。
不运用VCC衔接的优点
曩昔几年，二极管制作技能取得了巨大的前进，完成了更低的结电容，而且没有献身高ESD额定值。这些前进包含：
. 从横向二极管结构变为纵向二极管结构
. 更高的单位面积ESD功能
. NA和ND掺杂更少，却可以到达相同的正向击穿电压
这些前进意味着，在下降结电容来支撑高速接口时-不再需求运用VCC衔接。不运用VCC衔接，给体系工程师带来如下三方面的优点：
1、没有走漏电流进入内部电源
假如一个高压输入信号经过低VCC电平衔接ESD二极管-I/O，则信号电流可能会经过躲藏式二极管1走漏进入到VCC以及该节点上衔接的其他器材内(图7)。这可能会损坏衔接它的电源或许器材。假如VCC没有衔接ESD二极管，则无需有这方面的忧虑。
2、不会对内部电源形成ESD损坏
在正ESD电击期间，VCC 沿着ESD电流的放电途径，而且它的电压水平为I/O 处箝位电压以下一个VF(~0.5到0.7 V)。虽然因为分流电容的运用，在面临ESD时电源现已十分稳健，但这种升高的电压水平十分可能会损坏由VCC 驱动的器材(图8)。状况相同，假如VCC不衔接至ESD二极管，则无需忧虑。
3、无需外部电容
德州仪器公司(TI)的ESD二极管工艺开发要点加强全体p-n结构，以便让其可以接受更大的ESD 电压。因为TI的新一代ESD 维护二极管具有高达30 kV的额定值，因而运用一个附加电容仅可进步少量总ESD额定值。运用一个便会到达“收益递减”点。不运用电容，可削减资料数目清单，节约本钱，并为其他重要器材留出更多的PCB空间。
TI新一代ESD维护器材比如
TI的TPD2E2U06 ESD维护器材就是二极管技能前进的一个重要比如。与它的长辈不同，TPD2E001 不要求VCC 衔接，但坚持相同的电容，电压更低，而且ESD额定值添加了两倍。(参见表1)其他TI的相似ESD维护器材还包含TPD4E1U06、TPD4E1U06和TPD4E05U06。
表1 TPD2E001 和TPD2E2U06标准比照表
定论
不要求VCC 衔接的ESD 维护二极管带来了许多优点。VCC引脚不需求电容来添加ESD额定值。它削减了组件-数目，简化了布局，而且下降了布局本钱。不运用VCC 衔接，还确保了没有漏电流进入到电源中，一起不会对本应经过VCC衔接至电源的内部节点形成ESD损坏。
