ESD9B3.3, ESD9C5.0 или ESD9101 — какую защиту линий ставить?

Серия — полярность и класс ёмкости

Ёмкость защиты складывается с ёмкостью самой линии и с ёмкостью входа приёмника, и на скоростях порядка гигагерц это даёт заметное размытие фронта и рост ошибок передачи. Поэтому правило простое: чем выше скорость линии, тем меньше ёмкости должен иметь защитный элемент. Прибор с 15 пФ, поставленный на линию USB 3.0, испортит сигнал независимо от того, насколько хорошо он защищает от разряда.

Отдельно стоит сказать про стойкость: она не обязана расти вместе с уменьшением ёмкости. У ESD9B ёмкость самая большая в линейке, но IEC 61000-4-2 он держит на уровне ±18 кВ контакт и ±18 кВ воздух. У ESD9101 ёмкость минимальная, а стойкость ±25 кВ по тому же стандарту. То есть ёмкость и стойкость — два независимых параметра, и выбирать приходится по обоим.

Однонаправленный или двунаправленный

Однонаправленный прибор (ESD9C, ESD9L, ESD9M, ESD9101) ставится, когда сигнал меняется только в одну сторону относительно земли и на плате есть отдельный зажим земли, к которому можно подключить второй вывод. Двунаправленный (ESD9B) нужен для переменных по знаку сигналов, для дифференциальных пар и для «плавающих» линий, у которых нет общего провода.

Ошибка здесь стоит дорого: если однонаправленную защиту поставить на плавающую линию, при обратном выбросе она начнёт проводить ток в сторону схемы и может повредить приёмник. Поэтому при заказе указывается не только прибор, но и характер линии — однонаправленный выход с общей землёй, дифференциальная пара или изолированный провод.

Отдельно отмечаем, что ESD9D в этой линейке занимает промежуточное место по ёмкости, но у него другая история: он помечен у onsemi как снятый с производства (Last Shipments). Если в заказе стоит именно ESD9D, речь обычно идёт о закупке остатков, и проверять состояние партии нужно отдельно.

Цифры по конкретным приборам

У ESD9B3.3ST5G рабочее напряжение 3,3 В, напряжение пробоя от 5,0 до 7,0 В, ток утечки не более 1,0 мА, время срабатывания меньше наносекунды, рабочая температура от −55 до +150 °C и рассеиваемая мощность 300 мВт на плате FR-5. Прибор выпускается с маркировкой AEC-Q101 и возможностью PPAP, а вариант с префиксом SZ предназначен для автомобильной квалификации.

У ESD9101 ёмкость измерена между выводами ввода-вывода и землёй: типовое значение 0,36 пФ и предельное 0,50 пФ на частоте 1 МГц, и это же значение сохраняется на 2,5 и 5,0 ГГц. Кроме IEC 61000-4-2 уровня 4 прибор проходит ISO 10605: ±30 кВ при 150 пФ/2 кОм, ±30 кВ при 330 пФ/2 кОм и ±20 кВ при 330 пФ/330 Ом. Напряжение удержания тиристора 2,2 В, ток удержания от 65 до 97 мА, динамическое сопротивление 0,30–0,38 Ом, а напряжение ограничения при импульсе 16 А составляет 7,0 В.

Важная деталь по ESD9101: при 8 А напряжение ограничения типовое 5,0 В, при 16 А — уже 7,0 В. То есть на коротком импульсе прибор держит напряжение заметно ниже рабочего, и на быстрых линиях это позволяет ставить его на 5,0 В, не опасаясь, что он будет «съедать» размах сигнала.

Корпус, маркировка и упаковка

Приборы серий ESD9B, ESD9C, ESD9L и ESD9M выпускаются в SOD-923 (CASE 514AB) размером 1,0×0,60×0,4 мм — это один из самых мелких корпусов для таких элементов, и площадки под него есть далеко не на каждой плате. ESD9101 в том же корпусе, но по более поздней редакции CASE 514AB (ISSUE E) с размером 0,80×0,60×0,37 мм, то есть на 0,2 мм короче по длине: под него нужны свои площадки.

В обозначении суффикс ST5G означает бессвинцовый вариант в этом корпусе с поставкой лентой по 8000 штук, а префикс SZ обозначает автомобильное исполнение с квалификацией AEC-Q101 и готовым отчётом PPAP. У ESD9101 маркировка на корпусе читается как YC с кодом даты, у ESD9C — R для 3,3 В и P для 5,0 В, у ESD9L — 6 для 3,3 В и D для 5,0 В.

Выводы нужно сверять по маркировке на корпусе: у однонаправленных приборов катод обозначен полоской со стороны вывода 1, а у двунаправленного ESD9B внешнего отличия от однонаправленного нет вовсе. Ошибка в ориентации здесь даст защиту, включённую параллельно сигналу постоянно.

Что учесть при заказе

• Сначала выбирать ёмкость под скорость линии, а не только напряжение: 15 пФ на USB 3.0 или HDMI работать не будет.
• Указывать полярность: однонаправленный прибор требует общего провода у линии, двунаправленный — для плавающих и дифференциальных сигналов.
• Сверять рабочее напряжение с напряжением на линии: 3,3-вольтовый прибор на 5-вольтовой линии не защищает.
• Проверять ёмкость по паспорту конкретного прибора, а не по серии: у ESD9C она 12,8 пФ на 3,3 В и 6,0 пФ на 5,0 В.
• Учитывать, что у ESD9M рабочее напряжение только 5,0 В, и на 3,3-вольтовой линии он не подходит.
• Учитывать корпус SOD-923 и площадки под него: у ESD9101 он короче, чем у ESD9xx, и это разные посадочные места.
• Для автомобиля заказывать вариант с префиксом SZ, иначе прибор не пройдёт квалификацию поставщика.

Частые вопросы

• Можно ли поставить ESD9B3.3 на USB 2.0 — технически да, но 15 пФ на этой скорости уже заметно искажают сигнал, правильнее ESD9C или ESD9L.
• Чем ESD9L отличается от ESD9C — ёмкостью: 0,5–0,9 пФ против 12,8 пФ у 3,3-вольтового ESD9C.
• Куда включать второй вывод защиты — на общую землю платы, иначе прибор не будет защищать линию.
• Подойдёт ли ESD9101 для USB 3.1 — да, он рассчитан на 0,5 пФ и импульс 16 А и применяется именно в таких линиях.
• Что выбрать при несимметричной линии с общей землёй — однонаправленный прибор: ESD9L для быстрых линий, ESD9C там, где важнее стойкость и дешевле.
• Есть ли у вас эти приборы — пришлите напряжение линии, скорость и характер сигнала; подберём по этим данным.

Чем полезен такой заказ через нас

Защитный диод выбирают по трём числам — ёмкость, рабочее напряжение и полярность, — и ошибка в любом из них либо не защищает, либо портит сигнал. Мы сверяем эти параметры по паспорту производителя, проверяем корпус и упаковку, а при подборе замены прямо пишем, чем новый прибор отличается: какой у него ёмкости, какая полярность и на какую линию он рассчитан.