芯片标称能扛ESD 2000V，产品要打8kV？能顶得住吗？

Part 01、前言

硬件工程师在进行器件选型和查看芯片数据手册时，经常会遇到这样一个问题：我的芯片手册上明明写着ESD耐压只有±2000V，但产品整机测试却要求通过IEC 61000-4-2标准的±8kV接触放电。这中间巨大的电压差，芯片会不会直接挂掉？这两个‘电压’是一回事吗？”

先说答案，它们完全不是一回事。如果你直接让芯片裸引脚去承受IEC标准的8kV，芯片必死无疑。

接下来我们就聊聊数据手册中的“2000V”与测试标准中的“8000V”究竟有何本质区别，以及解决这一问题。

Part 02、ESD标准

比如下面这张数据手册截图：

HBM是Human-Body Model人体模型:±2000V

CDM是Charged-Device Model，充电器件模型±1000V

HBM和CDM是来自于标准ANSI/ESDA/JEDECJS-001/002的放电模型，而这些都只是属于元器件级ESD标准。无论是什么标准，它都是有适用场景的，而HBM和CDM的适用场景是受控的制造环境。芯片从出厂、运输、进厂检验、贴片机吸取、回流焊，直到最终焊接在PCB板上，这个过程被称为“制造环境”。

HBM这个模型模拟的是一个带静电的工人，佩戴了静电手环，但在操作中用手指触碰芯片引脚的场景。

CDM模拟的是芯片自身在传输带或包装管中因摩擦带电，然后接触金属设备瞬间放电的场景。

这下你明白了吧，手册里的±2000V HBM，是为了保证芯片在工厂里不被静电打坏，确保你的生产直通率。所以它假设环境是有一定静电防护措施的，如防静电地板、离子风机等。

而在产品做认证测试时，依据的是IEC61000-4-2标准，这属于系统级ESD标准，啥是系统级ESD测试，就是芯片装在PCB上成为PCBA，PCBA装上外壳成为产品，ESD打在产品上，这就是系统级ESD测试，它的应用场景是不受控的终端用户环境。当产品卖给用户后，无论是干燥的冬天、化纤地毯，还是用户带电的手指直接去插拔USB口、按按键，这都是极其恶劣的静电环境。

IEC61000-4-2 Level4通常要求：接触放电±8kV，空气放电±15kV。

这是为了保证产品在用户手中怎么折腾都不坏。

既然芯片能抗2000V HBM，那我把IEC测试电压降到2000V，芯片应该能扛住吧？

大错特错！

哪怕是同为2000V电压，IEC标准的杀伤力也远大于HBM标准。原因在于内阻和放电波形。

让我们看一组关键数据对比：

ESD对芯片的破坏主要靠热能量（热量=I*I*R*t）和瞬间高压击穿氧化层。我们根据欧姆定律粗略估算，在相同电压下，IEC标准由于串联电阻极小，330欧姆vs1500欧姆，其瞬间释放的峰值电流是HBM模型的5到6倍！

这就解释了为什么芯片手册标称2000V(HBM)，但在IEC 2000V测试下可能瞬间失效。更别提IEC 8kV时，峰值电流高达30A，这对于没有任何外部保护的微米级芯片晶体管来说，无异于核爆炸。

Part 03、既然芯片自己扛不住，那产品怎么过8kV？

这就需要系统设计来挡刀。我们要设计一个防护网络，将高达8kV的静电脉冲在到达芯片引脚之前消化掉。1.第一道防线：TVS二极管这是最核心的手段，在接口处，如USB VBUS/D+/D-，按键，触摸屏接口并联TVS管。TVS就像一个泄洪闸。当电压正常时，它断路；当8kV静电袭来，TVS在纳秒级时间内导通，将30A的大电流直接泄放到地，同时将电压钳位在芯片能承受的范围，当然端口放置电容也能起到这一作用。