一种新的MLCC陶瓷电容用于电路静电ESD保护的电容容值计算方法

Part 01、前言

在电路设计中，静电防护是不可忽略的关注因素，MLCC陶瓷电容作为一种低成本的静电防护手段，应用非常广泛，很多人知道电容能用作静电防护，但是却不太清楚ESD电容的容值怎么选？在之前的文章中，我们介绍过基于电荷守恒定律计算ESD电容容值的方法详解MLCC陶瓷电容用于静电ESD保护的电路选型与计算，今天我们就介绍另外一种计算ESD电容容值的新方法，这个新方法比较适用于某些IC电源端口已经集成了小功率TVS的设计，下面以实例进行讲解。

摩尔定律指出，在集成电路上可容纳的晶体管数量大约每隔18-24个月就会翻一番，台积电已经开始试产2nm制程工艺了，这导致IC氧化物厚度和导线宽度变得更薄，对于ESD就更敏感了，所以IC厂商会将静电放电（ESD）保护集成到芯片中，但是由于IC尺寸缩小和特征尺寸减小，内置ESD保护装置（如二极管、闩锁晶体管和多晶硅电阻）可能无法处理较高的ESD能量，可能导致保护失效。这意味着内部ESD保护的能力有限，可能不足以应对某些高能量的ESD事件，仍需要额外的外部保护措施。

当IC遭受外部ESD事件时，外部的ESD电容会吸收一部分能量，剩余的能量会由IC内部的ESD防护模块吸收，那么遇到这种情况我们该如何计算电容容值呢？下面我们就以集成了小信号TVS的IC为例，讲解一下外部ESD电容容值的计算方法。

Part 02、实例计算

计算的思路是外部的ESD电容吸收之后剩余的ESD能量不会超过IC内部的ESD防护模块允许吸收的最大能量。

1.IC允许的最大ESD脉冲能量W0如何计算？

W0=(Vesd0-Vcl)*Vcl*Cesd0

其中Vesd0表示规格书中IC允许承受的最大ESD电压（比如下图的5000V），可以在规格书中找到这个参数，Vcl表示IC内部ESD防护模块的钳位电压(比如下图的64V)，Cesd0表示IC ESD测试的放电电容（比如下图的100pF）。

2.添加外部ESD电容后，IC实际吸收的ESD能量W1如何计算？

W1=(Vesd1-Vcl*(1+Cext/Cesd1))*Vcl*Cesd1

其中Vesd1表示产品实际测试的最大ESD电压，比如8KV，Vcl表示IC内部ESD防护模块的钳位电压，Cext表示外部添加的ESD电容，Cesd1表示产品实际测试的ESD 放电电容（比如330pF）。

3.添加的外部ESD电容容值如何计算？

基于IC实际吸收的ESD能量W1要小于IC允许的最大ESD脉冲能量W0可以计算出外部电容的最小容值：

Cext_min=((Vesd1-Vcl)*Cesd1/Vcl)-W0/Vcl*Vcl

以接触放电8KV，源电容330pF，放电电阻2kΩ，可以计算出Cext_min>33nF。

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