謹慎選擇保護元件　建構更完善之影音產品使用體驗

影音產品是目前消費者每日接觸最頻繁的電子產品，不管是行動式設計還是家電型產品，此類設備往往需要面對經常性的連接線路插拔，尤其是視/音訊端子介面，最易產生EMI/ESD問題，而影音介面規格持續朝高解析度、高頻資料傳輸方向演進，益加凸顯影音設備ESD保護課題的重要性...

ESD(Electrostatic Discharge)靜電放電問題，是指電子系統或設備，遭受過度電性應力(Electrical Overstress；EOS)的結果，尤其是單一元件受到過度電性應力，發生功能性毀損或元件燒燬性破壞，小則導致產品或設備系統運作不正常，大則造成產品永久性故障或損壞。

目前消費性電子大量使用積體電路進行功能整合與產品微縮開發方案，然而積體電路相較傳統的電路設計，對ESD保護的要求更高，因為積體電路更容易受ESD影響，而由高度整合的IC元件所組成的應用系統，只要單一IC出現問題，整個功能模組便會發生故障，可見ESD影響的層面之大。

消費性電子產品 尤要重視ESD防護設計

一般而言，靜電放電的破壞問題，絕多數是人為因素觸發，且這種人為因素又相當難避免！在產品生產過程，例如元件、模組或系統載板在製造、測試、組裝、搬運...等過程中，多數ESD問題可透過工廠管理與人員教育加以避免，但產品製造完成送到用戶手上，用戶執行安裝、設置等動作，不見得能如工廠人員有經專業訓練與流程控管，若產品本身沒有做好ESD防護設計，用戶隨便幾個產品插拔、接觸動作就可能讓產品因ESD問題而故障。

ESD問題尤其在目前影音設備方面更為明顯，因為影音設備必經裝設過程，即是用戶必須自行串接不同影音設備的訊號源，或是將輸出接往電視或音響等設備，其間可能有大量的影音端子插拔，可預期的狀態會有在產品啟動或是未啟動狀態下的設備、端子插拔，或是當用戶誤操作下的電氣介面衝突，可能造成的ESD現象。

特別是目前進階的影音設備，大多已搭載HDMI數位影音傳輸介面，HDMI在規格上必須因應色彩擴充、數位音效格式的延伸要求，訊號頻率自早期的165MHz一路提升，至今已超過700MHz以上，面對高頻化、高速化的介面傳輸要求，這也使得相關的ESD保護設計條件更形嚴苛。

使用TVS元件改善產品ESD防護能力

為確保產品能因應外部ESD突發狀況，多數產品都依據國際電氣委員會(International Electrotechnical Commission；IEC) 61000-4-2...等標準進行產品測試。為了滿足高速傳輸數位影音內容所需，電容必須進一步壓低，但也會導致ESD保護效果降低，開發人員必須使用多重ESD保護方案，讓產品符合ESD保護標準。

除了使用關鍵元件改善產品ESD表現外，系統設計人員也可採行其他方案，例如，強化外殼設計、PCB電路板佈線、通用元件選擇ESD防護等級較高者，甚至是透過產品的韌體來改善ESD防護效果，都是可行的替代方案。但前述幾種非採元件的改善方式，改善幅度有限，因為裝置ESD問題絕大多數都源自產品的外接介面，在輸入/輸出或關鍵的連接器處採取電路節點的ESD保護措施，對產品的ESD防護設計有更積極的助益。

常見方法是在產品輸入/輸出端子的關鍵電路增設保護元件，針對不同介面的電氣特性，目前保護元件廠商也開發出多種特定用途的ESD防護解決方案，其產品內容多半是瞬態電壓抑制元件(Transient Voltage Suppressor；TVS)。瞬態電壓抑制元件，為利用二極體特性，在應用上屬於一種相當有效的保護元件，因為不同介面設計可能遭遇的ESD形式、能量不同，須針對不同保護電路或系統介面選取對應元件。

一般IC均有一定程度的輸入過度電性應力極限，當輸入端暫態電壓超過元件極限，即會導致IC遭靜電打穿或故障，但一般狀況下的ESD電性應力，偶發性遇到當輸入電性應力高於正常輸入電壓範圍，IC仍可能承受持續性端點的過電壓問題，過電壓問題持續僅極短時間，IC元件尚能承受暫態高壓，但若持續超過可承受極限，IC損壞的可能性極高。

應用TVS 必須依據保護電路特性慎選

而TVS的設計會設置在IC之前，TVS元件目的在ESD突發狀況發生時，把輸入電壓(含暫態高電壓)箝制在IC可接受之正常安全範圍，使IC在保護的環境下持續正常運作，同時不影響系統功能。TVS元件必須設計於最常出現ESD問題之有利位置，例如，連接器、輸出/入介面，尤其是具敏感性電氣節點處的電壓控制，同時可將過電流引導至非敏感節點，例如接地。

TVS的元件要求必須在正常工作電壓範圍內呈現極高狀態，藉此維持電路正常運行，而在非正常電壓範圍，TVS元件必須在極短時間內轉換為極低阻抗，在關鍵突發狀態時將電流自敏感電路節點導引至非敏感電路，同時限制瞬態電壓表現。

ESD TVS元件使用的技術不外乎壓敏電阻、聚合物和矽二極體...等3種方案，以金屬氧化物變阻器(Metal Oxide Varistor；MOV)來說，元件特性為處於低電流和低電壓均具高阻抗表現、於電壓/電流較高時阻抗大幅下滑，為電壓鉗位元件。而壓敏電阻屬於雙向保護元件，元件具極寬範圍電流與電壓耐受能力，多用於高壓輸電線路、雷電保護或小型SMD元件應用等，但其元件同時也有高電容問題，這代表其在高速訊號傳遞的I/O應用可能會受到限制。

聚合物浪湧TVS抑制器，為多數高效或高頻應用環境常見的應用元件，聚合物浪湧抑制元件的電氣特性為消弧元件產品，同時具備雙向保護特性，元件的電容值表現極低，可因應高頻傳輸應用需求下的ESD保護，但元件也有其運用極限，缺點是導通電壓、導通阻抗性能等表現略為遜色，同時遭受多次電性應力後，性能即趨於下滑。

另有基於雙向二極體之TVS元件，近來在技術持續發展下，其性能也獲得改善。二極體之TVS元件為利用2個二極體安置於同一封裝體中，以往的矽二極體TVS元件可能會有電容偏高問題，目前技術已可達到低電容表現的ESD保護應用水準。