隨著可攜式、無線和穿戴設備日益增多，由於暴露在靜電放電(ESD)下所導致的裝置故障可能性也在不斷增加。ESD最常見形成的原因是兩種不同材料之間的摩擦，導致在各自表面上的電荷累積。
大多數人都有被靜電電到的經驗，因為人體本身就很容易累積靜電，而且這種靜電荷積聚的程度常可高達15,000伏特。事實上，靜電放電事件在我們的日常生活中經常發生，只是人體不一定有感覺。通常，一次靜電放電事件的靜電電壓超過6,000伏特，就能夠使人感覺到疼痛，但對於電子元件和電路來說，人體無感的靜電放電事件仍可能會造成災難性的破壞。
介面帶來ESD風險 善用保護元件確保系統正常
電子設備上的每一個介面都會為電子設備帶來多重傷害風險，經由路徑的形成將外界的電荷導入設備之中。這些敏感的電氣設備是否能夠經受得住這些電荷所造成的損害，取決設備本身是否有完善的電路保護機制。
在一個典型的手持設備上進行ESD耐受性分析時，每個資料或電源介面都可以作為ESD入侵系統的通道；在設備裝置上的遮蔽絕緣外殼也是另一個ESD入侵的機會。任何減少ESD傷害的方式，都是以鉗制或限制突波電壓為目標，將電壓抑制在不會對系統造成破壞的水準。TVS二極體和TVS二極體陣列均是最有效的ESD保護技術和方法。
這些元件的工作原理有二。第一，用二極體吸收暫態突波，引導電流；第二，透過雪崩或齊納二極體將電壓鉗制在可接受的水準。在過電壓條件下，該元件必須在指定的電流波形上具有較低的鉗位元電壓，以保護敏感的晶片和連接埠。
在正常運作狀態下，反向隔離電壓必須要高於設備的供應/工作電壓，並且應具有較低的洩露電流以防止電源負載。
至於保護元件本身的規格方面，其電容值必須夠低，以降低輸入訊號的失真程度；元件的封裝必須盡可能縮小，厚度也不可以太高，以節省高密度電路板布局中的空間。元件還必須能夠承受IEC 61000-4-2規定的多次ESD脈衝。其他關鍵特性如保護的線路數量、ESD抗擾性等，也都要加以考慮。
介面型態多元 ESD防治對策各有不同
不同的介面類型所遇到的ESD型態不同，後面連接的電路型態也不同，因此ESD防治策略與元件選擇也不一樣，以下是幾種常見介面的ESD防治建議。
耳機插孔
在耳機孔附近的ESD放電可能會被傳入設備的內部，經由電弧放電再通過揚聲器內部電路傳導入系統內，造成耳機功能失效。由於音頻訊號的頻率非常低，最高只有20KHz，所以系統設計人員在替耳機孔設計ESD防護機制時，建議選用容值約20pF的TVS抑制器即可。
鍵盤/按鈕/開關
ESD會產生暫態飛弧，經由按鍵或開關傳導進入電路板。因為它們基本上是直流線路，所以建議選用大約容值30pF的TVS抑制器。
電源埠
電源埠內部連接的是電源供電線路，通常是以低電壓直接對電池充電，電流則是以直流形式傳導，所以要針對電源埠的ESD防治，建議選用大容值的TVS抑制器。
通訊I/O埠ESD防治需考量資料速率
相較於上述三種比較單純的連接埠，資料通訊I/O埠的ESD保護要考慮的首要因素是訊號的資料速率，因為這類I/O的訊號完整性相當重要。
在低資料速率的連接埠電路上，設計人員可以使用電容較高的TVS二極體陣列或容值達數十pF的抑制器來保護。但對於USB 3.0(現稱為USB 3.1 Gen1)或HDMI 2.0等資料速率非常高的介面協定，設計人員就必須選擇極低電容的抑制器，以便系統能順利傳送和接收資料，訊號品質不會因保護元件而受到損失。
在為這類高速介面設計防護機制時，建議選用TVS二極體陣列，這類元件可提供高水準的保護，又不至於損害訊號品質。
線上模擬工具輔助 元件挑選免煩惱
在進行保護電路設計時，最重要的是根據被保護的電路特性及需求來選擇最合適的保護元件。市場上存在大量規格不同的保護元件可供選擇，常令人眼花撩亂。這種情況尤以TVS二極體陣列最為明顯。
所幸，在網路技術的進步下，現在設計人員已經可以直接利用線上模擬工具來挑選最適用的元件。以利特為例，設計人員只要在線上工具中輸入系統需求和元件參數，就可以透過模擬工具比較所選擇的元件在應用中的性能表現，不用再辛苦構建原型來測試。
(本文作者任職於利特)