高速信号のESD保護では何に気を付けて保護素子を選択したらいいですか?

ESD(ElectroStatic Discharge)などが侵入していない正常状態、つまりTVSダイオード(ESD保護ダイオード)のOFF状態を考える必要があります。

TVSダイオードの簡易等価回路
図1. TVSダイオードの簡易等価回路

TVSダイオードの簡易等価回路は図1のようになります。オフ時は、簡易等価回路のダイオード部分がコンデンサー(キャパシタンス)として見えます。この容量を端子間容量 CTと呼びます。この端子間容量が信号ライン(データパス)とGND間に入りますので高速信号入力時に信号品質を劣化させることがあります。信号品質を保持するためには、適切な端子間容量のデバイスを選択する必要があります。

下記に高速信号ラインにおけるTVSダイオードの評価例を示します。
信号周波数20Gbpsに対して、5.0 pFのTVSダイオードを使用した際、eyeパターンは閉じ、信号品質が維持できません(図3、右図)。一方当社の低容量TVSダイオードを使用した際は、eyeパターンは閉じることなく、信号の劣化なく伝達することができます。このように高速信号入力時には容量値を十分に注意して選択していただく必要があります。
※eyeパターン:デジタル信号の波形を重ね合わせて、視覚的に表示したもので信号のタイミングや電圧を可視化したものです。高速信号が正常に行われているかの判断に用いられます。

差動信号ラインにおけるTVSダイオード配置例(USB3.1などのRx、Txライン)
図2. 差動信号ラインにおけるTVSダイオード配置例(USB3.1などのRx、Txライン)
差動信号ラインにおけるeyeパターンデータ例(USB3.1などのRx、Txライン)
図3. 差動信号ラインにおけるeyeパターンデータ例(USB3.1などのRx、Txライン)
周波数に対する端子間容量目安
図4. 周波数に対する端子間容量目安

各信号ラインに対して選択の目安となるグラフを以下に示します。

関連リンク

以下の資料にも関連する説明がありますので、ご参照ください。

FAQ

アプリケーションノート

* HDMI、HDMI High-Definition Multimedia Interface、およびHDMIロゴは、米国およびその他の国におけるHDMI Licensing Administrator, Inc.の商標または登録商標です。
* その他の社名・商品名・サービス名などは、それぞれ各社が商標として使用している場合があります。