同一颗TVS,只换位置,芯片脚尖峰完全不同。ESD电流的变化速度极快,TVS前后走线寄生电感会产生额外压降。同一颗 TVS,位置一变,芯片引脚上的尖峰就完全不同,原因不是 TVS 本身变了,而是 ESD 电流路径上的寄生电感变了。
一、ESD 不是“慢直流”,而是 ns 级瞬变
ESD 电流上升极快,IEC 61000-4-2 接触放电上升时间约0.7~1 ns,峰值可达30A量级。这意味着di/dt 极大,可能到几十 A/ns。
此时 PCB 走线、过孔、TVS 封装、接地回路的寄生电感不能再忽略:

哪怕只有几 nH 的电感,也会产生几十甚至上百伏的瞬间压降。

二、TVS 离接口越远,为什么保护越差?
因为 ESD 电流从接口进来后,必须先经过一段走线才能到达 TVS。如果 TVS 离接口远,这段走线就更长,寄生电感更大。
典型错误路径:接口 → 长走线 → 芯片分支 → TVS → 地
或者:接口 → 长走线 → TVS → 芯片
这时芯片引脚看到的电压不是理想钳位电压,而是:

其中:
Vclamp:TVS 的理想钳位电压;
Ltrace:接口到 TVS、TVS 到芯片之间的走线电感;
Lgnd:TVS 接地回路电感;
di/dt:ESD 电流变化率。
TVS 离接口越远Ltrace 和Lgnd 越大,芯片端尖峰就越高。

三、正确顺序:接口 → TVS → 芯片
接口先到 TVS 再到芯片就是关键。
正确布局下,ESD 电流从接口进入后,时间在接口附近被 TVS 旁路到地,只有很小的残余电流继续流向芯片。芯片引脚承受的电压主要只剩:

所以还要做到:
TVS 尽量靠近连接器/接口;
TVS 接地引脚到地平面短、宽、多过孔;
接口 → TVS → 芯片,芯片放在 TVS 之后;
减小 TVS 泄放回路面积;
避免长 stub、长分支;
使用完整地平面,降低接地电感。

四、直观数值例子
假设走线电感约1nH/mm,ESD 电流变化率30A/ns。如果多出5nH的路径电感:

TVS可能钳位在20V,但芯片引脚上却可能看到170V的尖峰。这就是为什么同一颗TVS,只换位置,示波器上的芯片脚尖峰会完全不同。
五、总结
TVS 的保护效果 = 器件钳位能力 + 布局寄生电感
ESD 电流太快,走线电感会产生额外压降;TVS 越靠近接口、接地越短越宽,芯片端尖峰就越低。
正确顺序就是:接口 → TVS → 芯片。