轻、薄、小的便携电子发展步伐，保护器件要跟上
品慧电子讯电子产品朝着轻、薄、短、小方向发展已经成为必然的趋势，不仅如此，对于消费电子产品接口保护的重视度也持续提升，保护元件已成电子装置的设计关键重点！在面对装置接口高频运行，保护装置除需因应缩小化需求，更易受到环境噪讯影响的状况下，如何选择适用的保护元件解决方案，便有更多变量需要考量...
传统电子产品设计，为提升电路系统因应静电放电(Electrostatic Discharge；ESD)状况时的系统强固保护效果，产品开发人员必须采行多种方案来增强系统能符合ESD要求的标准，尤其是装置最易遭受ESD问题的输出/入接口(I/O)的关键电路节点，通常会使用瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor；TVS)元件，来增强线路对于ESD问题的抵御能力。
特别是手持式装置，例如智能型手机、游戏机、PMP或热门的平板计算机，这类相对高阶的计算机系统，有搭载精密的高效微处理器、存储器、集成网络芯片等元件，其电气系统在抵御ESD的部分原本就呈现相对弱势，必须透过设计手段加以改善，使产品不受ESD破坏或影响。
不同TVS元件类型 适用场合不同
基本上，防护ESD现象可用电路或元件集成来进行改善，但目前在电子电路缩小化的趋势下，传统防护ESD可用PCB走线或电子元件改善的应用方针，目前已经相对不适用，反而是采取集成型的TVS元件来因应ESD防护需求，渐成为常见的设计形式，而TVS元件也分成两大类型。
TVS可以不同电源范围选择单向、双向的防护设计效果，单向和双向TVS元件，均可提供保护正向和负向的应力，而TVS基本上是在ESD产生的瞬间产生维持线路高阻抗、低泄漏状态的一个电压范围。对于ESD的防护关键，在于判定多大以上的瞬态电器现象属于ESD，此种电压范围将决定TVS元件可使用于哪里一类的电路节点保护应用。
例如，双向TVS是具有相对于0V的对称特性，适合保护对称或双向的电子电路节点。至于单向TVS产品为具有相对0伏特的不对称特性，较适合保护电压极性相同的电路节点。至于消弧(Crowbar)元件拥有负阻抗区域，在低电压时具高阻抗，当电压较高时可触发电路导通机制，使电路的电流增大同时电压降低，而消弧TVS亦可提供保护。
在实际元件方面，ESD TVS元件使用的技术主要有压敏电阻、聚合物与二极管(矽)等3类。压敏电阻属于双向的保护元件，基本上是具备极宽电流与电压范围能力，通常用于高压输电线路和落雷的保护用途，但也有用于小型表面黏贴元件(Surface Mount Technology；SMD)技术ESD保护电路应用。
但压敏电阻在其导电率方面也会存在较高的线路电容，让压敏电阻在高频讯号线路方面应用受到局限。甚至压敏电阻在遭受多次ESD问题后，会使元件多次受ESD应力，其元件防护性能也会下降。
因应高速讯号接口的ESD防护需求
而近来的趋势是，当USB 3.0、HDMI 1.4或DisplayPort等高速接口推陈出新，让接口的传输讯号频率大幅增加，但接口的ESD防护又不可缺乏的现实下，多数TVS方案会选用聚合物式的浪涌抑制器元件以因应ESD接口防护需求，尤其在大量高速传输应用，此种解决方案亦相当常见。基本上，聚合物的浪涌抑制元件即为消弧元件！
因为消弧元件为双向保护元件，在元件的线路电容表现相对极低，此特性对于大量、高频的高速传输应用方面，成为极具吸引力的ESD解决方案。但消弧元件也不是没有缺点，因为消弧元件的问题在于导通的电压高，导通阻抗性能也相对较差，尤其是遭受多次ESD应力时也会让ESD防护性能趋于下滑。
另一款常见的ESD防护元件，即为金属氧化物变阻器(Metal Oxide Varistor；MOV)，但金属氧化物变阻器的特性是元件处于低电流、低电压时会具备高阻抗特性，但高电压、高电流时，金属氧化物变阻器的元件阻抗则会呈现下降，金属氧化物变阻器属于电压的钳位元件。
此外，以往矽制的TVS元件，由于电容表现较高，在保护低电压、高速传输的讯号线路应用方面有相当多的不利因素，但实际上近年的ESD防护技术不断进步，让矽制的TVS元件也逐渐能满足高频、高速应用线路的ESD防护需求。多数二极管都采用“矽”制造，此为一种双端元件，顺向为一个较低阻抗的传导电流，逆向则形成取决于一定量才能击穿电压的高阻抗元件特性，而矽制二极管元件特性为单向元件。
矽制二极管的TVS元件，拥有多数ESD保护元件可选择单向或双向保护特性，实际上单组二极管为单向保护元件，若串联结合2组单向的TVS元件即可建构1组双向保护元件。市面上已有多种以双向二极管为设计基础的TVS集成元件。以往矽TVS元件存在电容表现较高，因应低压、高速讯号线路方面的保护效果影响较大，但目前的防护技术持续进步，已改善此类问题。
面对不同设计条件 TVS元件也必须找寻最佳方案
多数的设计条件下，ESD应力表现要求，仍需视电路设计的ESD影响大小而定，对具不对称敏感度之电路节点的ESD防护，可能只有基于二极管技术的TVS元件才能提供较佳的单向保护。至于高速传输应用场合，线路要求极低电容，这时会在设计应用时选取聚合物元件式TVS，也相对较其它TVS解决方案更具吸引力，不同元件的保护能力取舍，必须针对不同设计条件与限制来进行评估。
而压敏电阻的元件成本相对较低，同时元件本身亦不要求需支持高压导通，在低成本应用方面较具吸引力。但实际上，压敏电阻仍存在较高的元件电容，这会使其应用于高频、高速讯号线路方面的ESD防护时出现限制。同样的，以二极管为基础的TVS产品，其钳位电压的控制能力较佳，加上超低电容表现的二极管式TVS产品也越来越多，在高频、高速应用方面也成为目前相当受欢迎的设计形式。
面对电子产品小型化、薄型化设计趋势，ESD防护元件也必须跟上轻、薄、短、小的设计要求，例如，在不影响防护性能的条件下，目前TVS元件有采厚度仅0.55mm、uQFN封装形式，亦有针对易于进行SMD作业或是安装/维修优势的0201、0402尺寸元件设计，新型ESD防护元件亦有采取无引脚SOT(1.0mm x 2.5mm x 0.5mm)封装、或带接脚的TSSOP封装(3.0mm x3.0mm x1.1mm)，有助于装配和制造端的实际应用，同时加快产品上市时间。
