一、静电放电试验标准及波形
1、规范：IEC61000-4-2
2、静电放电试验波形：如下图一 IEC61000-4-2 waveform
图一 ESD标准波形以及TLP曲线对应关系
3、TLP曲线：ESD器件的静电能力可以用TLP的方式来衡量。
（TLP曲线可以量化 ESD 测试，量化系统所需要的不同 ESD 等级下的钳位）
如图一右边蓝色曲线是静电枪标准输出波形，绿色（100ns 16A）和红色（100ns 8A）分别对应IEC的8KV和4KV。TLP是输出方波脉冲，钳位电压主要看30ns时的Vc.例如：
TLP=8A，等效接触放电4KV
TLP=12A，等效接触放电6KV
TLP=16A，等效接触放电8KV
4、ESD器件保护原理：ESD是ns级别的。ESD反向并联于电路中，当电路正常工作时，ESD处于截止状态（高阻态），不影响电路正常工作。当电路出现异常过电压并达到 ESD 的击穿电压时，ESD迅速由高阻态变为低阻态，泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地，同时把异常过电压钳制在一个安全水平之内，从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。
图二 ESD工作原理
图三 ESD保护原理
二、雷击浪涌试验标准及波形
1、规范：IEC61000-4-5
2、浪涌试验波形
1）电源口组合波：1.2/50us&8/20us内阻差模2欧姆，共模：12欧姆，
2）通信口：10/700us,内阻40欧姆，
3、TVS器件保护原理：TVS管和ESD管的相比工作原理是一样的，但功率和封装是不一样的，ESD主要是用来防静电，防静电就要求电容值低，TVS就做不到这一点，TVS的电容值比较高。
三、ESD器件关键参数解析以及选型指南
1、最大工作电压(Max Working Voltage)/反向截止电压Vrwm
定义：允许长期连续施加在ESD保护器件两端的电压(有效值)，在此工作状态下ESD器件不导通，保持高阻状态，反向漏电流很小，该值都可以定制，只是抗压等级越高相应的体积越大。ESD管的截止电压应大于线路上最高工作电压或信号电平电压。如果截止电压选择过低，一方面会影响电路正常工作，另一方面会影响 ESD的使用寿命。
选型注意：大于等于电路中最高工作电压，要考虑电源纹波影响
2、击穿电压(Breakdown Voltage)/Vbr
定义：ESD器件开始动作(导通)的电压。（判断器件是否击穿是根据器件的漏电流判断的，若电流达到1mA，则表示器件击穿，正常工作的电流Ir大概是1uA，若器件处于工作电源~击穿电压之间，那么漏电流会在1uA~1mA之间）
选型注意：
小于后端被保护电路的瞬态最大输入电压；
大于前端输入电压的值，需要考虑电源纹波，VBR是一个瞬态的值（大概200ms~400ms左右），若输入电压（常态电压）超过了这个值会让TVS管一直导通，电流增加、TVS管发热影响寿命。
3、钳位电压(Clamping Voltage)/Vc
定义：ESD器件流过峰值电流时，其两端呈现的电压
选型注意：钳位电压不能超过后端被保护器件的瞬态耐压值
4、 结电容 C j (Capacitance)
定义：在给定电压、频率条件下测得的值，此值越小，对保护电路的信号传输影响越小。
选型注意：ESD 一般用于各类通信端口静电防护，在一些高速数据线路，如 USB3.0、HDMI等接口， 应选择结电容小的 ESD 器件，以避免影响信号质量。电容对信号完整性的影响，选型时要特别注意应用场景选择对应的电容。
如下是一些应用场景的电容要求：
5、TLP曲线
定义：量化 ESD 测试，量化系统所需要的不同 ESD 等级下的钳位
选型注意：根据后端电路的承受电压等级以及ESD要求等级来选择
例如：如下图TLP曲线可以看出TLP=16A（对应IEC 8KV）钳位电压为7.5V左右。
如下图TLP曲线可以看出TLP=16A（对应IEC 8KV）钳位电压为16V左右：
6、其他参数
- 峰值脉冲电流 IPP： 当ESD单独使用时，要根据线路上可能出现的最大浪涌电流来选择合适的型号。相同电压的 ESD，功率越大 IPP 也越大。功率越大的 ESD 对电路的保护效果也越好。
- 漏电流 IR：在通信线路及低功耗电路中，要特别关注 IR这个参数，IR越小ESD性能越好。
- 极性：ESD 有单向和双向之分，根据工作的信号进行选择，单极性的信号可以选择单向的 ESD 或双向的 ESD 器件， 双极性的信号需选择双向的 ESD 器件。
- 响应时间(Response Time)：指ESD器件对输入的大电压钳制到预定电压的时间，一般ESD相应时间是ns级别，此时间越小，更能有效的保护电路中元器件。
小结：选型需要根据工作电压+电容+后端电路的承受能力（选择对应钳位电压）来共同决定。步骤如下：
- 计算接口信号幅值的范围来确定ESD保护产品的工作电压；
- 根据信号类型决定使用单向或是双向的ESD保护产品；
- 根据信号速率决定该接口最大可接受ESD保护产品的电容；
- 根据电路系统最大可承受电压冲击，在TLP中寻找对应的钳位电压；
- 确保ESD保护产品可达到或超过IEC 61000-4-2 Level 4，8KV接触放电和15KV空气放电；
以USB 2.0选型为例：
第一步是确认接口的电压范围，对USB2.0而言，Vbus 可能达到5伏，所以我们可以确定的是，需要选取的ESD保护二极管的，工作电压需要达到5伏或略微高于5伏 。正常工作中 D+和D-负责传输差分信号，幅值范围在0到3.6伏之间 ，所以我会选择工作电压在3.6伏，或者更高的ESD保护二极管。
我们需要确定ESD二极管的极性配置，在我们希望的应用中 ，因为Vbus和D+ D-都是大于等于零的正向信号 ，所以单向和双向的二极管都是可以的，选择单向二极管有助于提供更好的提供负压保护(双向器件会有一个负压钳位电压，单向直接导通保护后面电路)。而选择双向二极管，可以提供更灵活的设计空间，因为pin脚可以自定义接地 。
我们需要确定ESD二极管，应该具有的电容，因为Vbus线路是直流电信号，电容对信号无影响 。但对于D+和D-而言，在高速USB中，信号速率可以达到480兆，所以我们需要考虑对电容的影响 。虽然最大的ESD电容还取决于，整个系统的电容总预算 ，但一般而言 我们推荐该接口的电容小于2.5pF ，如果系统中其器件具有更高的电容值 ，那么此处可能需要选择更小电容的二极管。
我们看看保护系统所需的钳位电压 ，在这种情况下，我们需要考虑USB switch和Battery Charger能承受的最大电压冲击 ，我们假设battery charger在TLP脉冲20伏时，会发生故障 。switch在TLP16脉冲16伏时会发生故障，这意味着为了保护battery charger ，顺利通过8K伏的IEC ESD冲击，ESD二极管必须在16安，TLP又小于20伏的钳位电压。同理 为了保护USB switch，ESD二极管必须在16安TLP时 ，有小于16伏的钳位电压。
四、TVS器件关键参数解析以及选型指南
TVS的关键参数和ESD一致：
1、最大工作电压(Max Working Voltage)/反向截止电压Vrwm
2、击穿电压(Breakdown Voltage)/Vbr
3、钳位电压(Clamping Voltage)/Vc
4、结电容 C j(Capacitance)
需要注意的是：
1、计算器件抗浪涌电压=Ipp×2Ω + Vc（最大Ipp下的钳位电压）
2、TVS器件一般标准的IPP波形是10/1000us，而浪涌试验波形是8/20us（电源），转换关系：8/20us=（8~10）10/1000us
选型指南：
- 计算接口信号幅值的范围来确定TVS保护产品的工作电压；
- 根据信号类型决定使用单向或是双向的ESD保护产品；
- 根据信号速率决定该接口最大可接受ESD保护产品的电容；
- 根据电路系统最大可承受电压冲击，对应出Vc；
- 根据器件的IPP估算确保TVS保护产品可达到或超过浪涌等级；
以电源选型为例：
第一步是确认接口的电压范围，Vbus 可能达到12伏，所以Vrwm＞12V；
第二步我们需要确定TVS的极性配置，在我们希望的应用中 ，因为Vbus是大于等于零的正向信号 ，所以单向和双向的二极管都是可以的，选择单向二极管有助于提供更好的提供负压保护。而选择双向二极管，可以提供更灵活的设计空间，因为pin脚可以自定义接地 。
第三步确认电容因为Vbus线路是直流电信号，电容对信号无影响。
第四步确认后端保护系统(DCDC)能承受的最大电压为20V，所以钳位电压需要小于20V；
第五步确认器件IPP，以确保能达到的浪涌等级。
抗浪涌电压=Ipp×2Ω + Vc（最大Ipp下的钳位电压）
五、器件替代测试用例
ESD/浪涌试验
根据应用电路场景进行相关测试（比如：应用USB线路上需要测试信号完整性，应用到RF线路上需要测试RF性能参数、吞吐量）