T/SZSA 034-2025 高速ESD&TVS保护类芯片测试规范 , 该文件为pdf格式 ,请用户放心下载!
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团体标准
T/SZSA 034-2025

高速ESD&TVS保护类芯片测试规范
High-speed ESD & TVS protection chip test specifications
2025-12-22发布2026-01-01实施
深圳市半导体产业发展促进会发布
T/SZSA 034-2025
目录
前言 II
引言 III
1范围 1
2 规范性引用文件 1
3术语和定义 1
4测试条件 4
4.1 环境和平台条件 4
4.2 测试设备要求 5
5测试方法 5
5.1通用 TVS指标的测试 5
5.2 高速指标的测试 9
5.3 测试电路搭建与校准 13
6 测试结果判定 14
6.1合格判定准则 14
6.2不合格处理 14
7测试报告 14
7.1试样品信息 14
7.2测试设备信息 14
7.3测试环境条件 14
7.4测试项目及结果 14
7.5测试日期和测试人员 15
7.6结论 15
8 标志、包装、运输和贮存 15
8.1标志 15
8.2包装 15
8.3运输 15
8.4贮存 15
附录A 16
附录B 18
附录C 21
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前言
本规范按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本规范的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本规范由深圳市晶扬电子有限公司提出。
本规范由深圳市半导体产业发展促进会归口。
本规范起草单位:深圳市晶扬电子有限公司、深圳市计量质量检测研究院、电子科技大学(深圳)高等研究院、南京工业职业技术大学-集成电路学院、深圳市半导体产业发展促进会、西北工业大学-微电子学院、深圳市南方硅谷半导体股份有限公司、深圳市金誉半导体股份有限公司、深圳深爱半导体股份有限公司、深圳大学-电子与信息工程学院、江苏信息职业技术学院-微电子学院、无锡科技职业学院-集成电路学院、深圳市智微智能科技股份有限公司、东莞平晶微电子科技有限公司、深圳市长运通半导体技术有限公司、深圳市志忠微电子有限公司、隼瞻科技(广州)有限公司、深圳市华南英才科技有限公司、深圳市依崇微电子科技有限公司、深圳市三一联光智能设备股份有限公司、芯创(天门)电子科技有限公司、深圳市德博微电子有限公司、锐石创芯(深圳)半导体有限公司、柯泰光芯(常州)测试技术有限公司、深圳市信展通电子股份有限公司、深圳市芯通康科技有限公司。
本规范主要起草人:杜飞波、侯飞、高东兴、郑义、万里佳、李菀婷、董小雨、蔡纯、刘继芝、孙肖林、鲍恩忠、袁路平、冯溪渊、杜志华、顾岚雁、魏国栋、张晓、李昆华、黄玮、赵俊露、曹飞龙、陈冬山、葛柱、古成、洪育铠、张开明、陈海文、唐顺柏、冯白华、李强、秦波、林楷辉、田铮、周刚、谭超。
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引言
随着信息技术的飞速发展,HDMI、USB、Ethernet、PCIe等高速接口已广泛应用于消费电子、汽车电子、工业控制等领域,数据传输速率从几 Gbps向数十 Gbps跃升。高速接口在提升信息交互效率的同时,其对静电放电(ESD)和浪涌(Surge)的敏感性显著增加,ESD&TVS保护类芯片作为抵御瞬态干扰的核心器件,其性能直接影响电子设备的可靠性与信号完整性。
现有标准多聚焦于通用 TVS器件的基础指标,对高速场景下的选型、高频测试方法(如矢量网络分析仪校准、眼图测试)覆盖不足,造成产业链上下游(芯片厂商、设备制造商、测试机构)技术对接成本高、产品兼容性差。
为解决上述问题,本标准统一 HDMI、USB等主流高速接口的 TVS选型参数(工作电压、极性、电容等),为不同接口类型提供明确的选型依据,降低应用端设计难度;明确高频电容、S参数、瞬态过冲电压等关键指标的测试流程及设备校准规范(如TRL校准),确保不同测试机构的测试数据具有可比性;指导企业在电路布局、多级防护配合等方面进行科学设计,提升设备可靠性。
本标准的制定与实施,将有效解决高速 ESD&TVS保护类芯片在选型和测试中存在的问题,推动行业技术标准化,助力电子设备向高速化、高可靠性方向发展,为产业链上下游提供统一的技术规范和合作基础。
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高速ESD&TVS保护类芯片的测试规范
1范围
本标准规定了 HDMI、USB等主流高速接口的 TVS选型参数(包括工作电压、极性、电容等),明确了不同接口类型的 TVS选型依据,同时规定了高频电容、S 参数、瞬态过冲电压等关键指标的测试流程及设备校准规范(如 TRL校准)。本标准适用于主流高速接口(如 HDMI、USB接口)的 TVS器件选型设计,以及高频电容、S 参数、瞬态过冲电压等关键指标的测试与设备校准工作,可为应用端降低接口设计难度、确保不同测试机构的测试数据可比性提供依据。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2900.66-2004《电工术语 半导体器件和集成电路》
GB/T 4023-2015 《半导体器件 分立器件和集成电路 第 2部分:整流二极管》GB/T 4365-2003《电工术语电磁兼容》
GB/T 19651.1-2023《杂类灯座 第1部分:一般要求和试验》
GB/T 18802.321 - 2022《低压电涌保护器 第 321部分:用于电信和信号网络的半导体器件电涌保护器》
GB/T 17626.2-2018 电磁兼容试验和测翌技术静电放电抗扰度测试 GB/T 17626.4-2018 电磁兼容试验和测昼技术电快速瞬变脉冲群抗扰度测试 GB/T 17626.5-2019 电磁兼容试验和测昼技术浪涌(冲击)抗扰度测试 IEC61000-4-2《电磁兼容性 - 第4-2部分:试验和测量技术 - 静电放电抗扰度试验》
IEC62615-2010 Electrostaticdischargesensitivitytesting-Transmissionlinepulse (TLP) -Componentlevel
IEC61000-4-2 Electromagneticcompatibility(EMC)- Part4-2: Testingand measurement techniques- Electrostatic dischargeimmunity test
IEC61000-4-5 Electromagneticcompatibility(EMC)- Part4-5: Testingand measurement techniques- Surgeimmunity test
JESD78AICLatch-UpTest
3 术语和定义
GB/T44635-2024、GB/T37977.51-2023 、GB/T4023-2015、GB/T4597-2012、GB/T15291-2015、GB/T 35033-2018、GB/T 5095.2506-2020与T/SZSA031.01—2024界定的术语以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
高速
指信号传输速率≥0.5 Gbps。
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3.2
ESD&TVS保护类芯片
用于抑制瞬时静电放电和浪涌放电、保护电子设备的专用半导体器件或电路。
3.3
静电放电 ElectrostaticDischarge
ESD
具有不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的电荷转移。
【来源:GB/T 4365-2003】3.4
瞬态电压抑制二极管 TransientVoltageSuppressionDiode
TVS
用于抑制瞬态电压和分流浪涌电流的二极管。
【来源:GB/T 2900.66-2004】3.5
击穿电压 BreakdownVoltage
VBR
ESD/TVS产品在直流偏置下的导通开启电压。
3.6
反向工作电压 WorkingPeakReverseVoltage
VRWM
ESD/TVS产品的额定工作电压。
3.7
正向电压 VoltageForward
VF
由正向电流的流动在两端间产生的电压。
【来源:GB/T 4023-2015】3.8
反向漏电流 ReverseLeakageCurrent
IR
在规定反向工作电压下流经器件的电流。
【来源:GB/T 18802.321-2022】
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3.9
维持电压 HoldingVoltage
VH
ESD/TVS产品用于维持导通状态所必需的最小正向阳极电压。
3.10
维持电流 HoldingCurrent
IH
ESD/TVS产品用于维持导通状态所必需的最小正向阳极电流。
3.11
脉冲峰值电流 PeakPulseCurrent
IPP
在特定脉冲波形激励下,ESD/TVS产品所能承受的最大脉冲峰值电流。当超高该值后,器件将发生永久性不可逆的损坏。
3.12
钳位电压 ClampingVoltage
VC
在特定脉冲波形激励下,ESD/TVS产品在完全导通后,两端呈现的最大峰值电压。
3.13
空气放电 AirDischarge-InternationalElectrotechnicalCommission
AIR-IEC
一种非接触式的静电放电试验方法。
【来源:IEC61000-4-2】
3.14
接触放电 ContactDischarge-InternationalElectrotechnicalCommission
CON-IEC
一种优先采用的直接放电试验方法。
【来源:IEC61000-4-2】
3.15
首次触发电压 FirstTriggerVoltage
Vt1
ESD/TVS产品在特定脉冲波形激励下(通常为100ns传输线脉冲)的导通开启电压。
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3.16
低频电容
在低频(通常1MHz)测试条件下,ESD/TVS二极管在未导通状态(反向偏压或零偏压)时两电极间的寄生电容。
3.17
高频电容
在射频/微波频率测试条件下,ESD/TVS器件在未导通状态时呈现的寄生电容,包含封装寄生参数(引线电感、焊盘电容)的影响。
3.18
瞬态过冲电压 TransientOvershootVoltage
ESD/TVS产品在特定脉冲波形激励下(通常为IEC静电枪波形)的瞬态电压波形中的最大峰值电压,反映了ESD/TVS产品的快速导通开启能力。
3.19
ESD保护器件 ElectrostaticDischargeProtectionDevice
指自身具有静电泄放能力,可为其他电路提供保护的半导体器件或电路。
3.20
ESD保护等级
ESD/TVS产品在静电枪测试下,能够承受的最大静电放电电压,常用的国际标准为 IEC61000
- 4 - 2,通常最高等级为 Level4:±8kV(接触放电)和±15kV(空气放电)。
3.21
浪涌保护等级
ESD/TVS产品在浪涌脉冲测试下,能够承受的最大浪涌电压,常用的国际标准为 IEC61000 -
4 -5(8/20us)。
4 测试条件
4.1 环境和平台条件
4.1.1 环境条件
除非通用标准、产品类标准或产品标准另有规定,测试应在温度为 25℃±2℃,相对湿度为45%~55%的环境下进行,参见GB/T 2421.1 - 2020。对于需在特定环境条件下测试的项目(如高温存储测试、湿度测试等),应按照相应测试方法中的规定设置环境参数。
4.1.2测试平台条件
测试平台需按照各类测试规范标准搭建,良好接地,避免设备之间的互相干扰,以确保设备输出的信号质量符合测试要求、精度和稳定性满足相关标准。
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4.2 测试设备要求
4.2.1 测试仪器精度
用于测量电气参数的仪器,如半导体特性分析仪、LCR测试仪(LCRMeter)、浪涌发生器、IEC发生器、网络分析仪等,其测量精度应满足测试项目的要求,精度指标应定期校准和验证。
4.2.2 测试设备带宽
对于交流参数测试和高速信号测试,测试设备的带宽应足够覆盖器件的工作频率范围,且在带宽内具有良好的频率响应特性。例如,进行频率响应测试的网络分析仪带宽应至少为器件最高工作频率的1.5至2倍。
4.2.3 测试设备采样率
在进行脉冲响应测试和信号传输延迟测试等需要高速采样的测试项目时,测试设备(如高速示波器)的采样率应满足奈奎斯特采样定理。但为准确捕捉和还原高速信号,采样率一般应达到信号最高频率的4倍以上。
4.2.4 设备稳定性
测试设备在测试过程中应保持稳定,避免因设备自身的漂移、波动等因素影响测试结果的准确性。设备应具备良好的抗干扰能力,能够在复杂电磁环境下正常工作。
5 测试方法
5.1通用TVS指标的测试
5.1.1 VBR(反向击穿电压)
a) 参数目标:ESD放电发生时,在符合被保护电路ESD设计窗口内,ESD&TVS保护器件能及时开启。该参数决定TVS启动保护的电压门限,直接影响被保护电路的生存电压裕量。
b) 评判标准:
— VBR需大于VRWM。
— VBR需小于被保护电路的击穿电压。
c)测试方法:
— 选择直流电流扫描测试;
— 选取一定的IT值(通常为1mA)作为评判器件开启的标准,待器件直流I-V曲线稳定后,读取此时的电压值。
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图1 VBR测试图例(DCcurrentsweep)
5.1.2 VF(正向导通电压)
a)参数目标:
系统可靠性:高VF会增大TVS自身功耗,可能引发过热失效。
b) 评判标准:
VF一致性保证电路保护均匀性。
c)测试方法:
— 选择直流电流扫描测试。
— 选取一定的IT值(通常为1mA)作为评判器件开启的标准,读取此时的电压值。
5.1.3IR(反向漏电流)
a) 参数目标:在该额定工作电压下,器件确保未开启,此时漏电流足够小,不影响电路正常工作。关于各种高速接口的耐压极性分析,参见附录A.1。
b) 评判标准:在该额定工作电压下,器件漏电大小符合指标。
c)测试方法:
— 选择直流电压扫描测试。
— 待器件直流I-V曲线稳定后,读取额定工作电压下的漏电流。

图2IR测试图例(DCvoltagesweep)
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5.1.4 VH(维持电压)&IH(维持电流)
a)参数目标:
在被保护电路正常工作状态下,判断ESD&TVS保护器件是否会有发生闩锁的风险。关于各种高速接口的闩锁风险分析,参见附录A.2。
b) 评判标准:
电流下降阶段即器件从开启到关断过程,器件需关断才能避免发生闩锁的风险,曲线出现拐点处的电压和电流的大小作为判断闩锁风险的标准。
c)测试方法:
— 选择直流电流扫描测试。
— 待器件直流I-V曲线稳定后,读取电流下降扫描时的拐点的电压值和电流值。

图3VH,IH测试图例(DCcurrentsweep)
5.1.5 浪涌(Surge)测试(IPP& VC)
a)参数目标:
浪涌发生时,TVS管能够吸收并承受住该电流,从而保护后端电路免受浪涌电流的损害,确保电路的正常运行。
b) 评判标准:
依据IEC61000-4-5(8/20us)标准,对应国标GB/T 17626.5-2008。
c)测试方法:
— 设置参数:使用浪涌发生器设置所需测试模式(浪涌波形),如电流波、电压、能量、冲击次数等参数。
— 连接设备:打开示波器,接上差分探头用于监控样品两端的输出波形电压、电流、残压等。将测试样品安装在固定夹具上。
— 进行测试:点击浪涌发生器开始按键,释放瞬间电流和电压,示波器采集试验后波形,待波形稳定后,记录IPP值及VC值。
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图4 浪涌测试图例
5.1.6 ESD测试(AIR-IEC/CON-IEC)
a)参数目标:
评估ESD/TVS管遭受静电放电时的性能及承受能力,分为接触放电和空气放电两类测试。
b) 评判标准:
依据IEC61000-4-2标准。
c)测试环境:
环境温度15℃-35℃,相对湿度30%-60%,大气压86kPa-106kPa。
d)测试方法:
如使用台式ESD设备进行测试,ESD设备及其电缆应通过绝缘支架与耦合面隔离。
e) 接触放电测试步骤:
— 设置起测电压及次数;
— 接触放电枪头为尖头,需紧紧顶住待测产品的金属部分,每个测试点正负极性各放电10次,单次放电间隔至少1 秒,打静电后金属头及被测器件需分别接地以消除残留电荷。
f) 空气放电测试步骤:
— 设置起测电压及次数;
— 空气放电枪头为圆形头,枪头需平行悬空在待测产品引出的锡线正上方,沿垂直于耦合板的方向缓慢靠近,直至击穿空气而放电,每个测试点正负极性各放电10次,单次放电间隔至少1 秒,打静电后金属头及器件需分别接地以消除残留电荷。
5.1.7 TLP测试(Vt1 & VC)
a)参数目标:
TLP测试模拟人体放电模型,评估ESD/TVS管在受到类似静电冲击时的首次触发电压、钳位电压等多项性能。
b) 评判标准:
根据曲线分析被测器件在不同应力下的行为,判断其是否满足设计要求,如钳位电压是否在预期范围内、是否存在回滞现象等。
c) TLP测试原理:
通过将悬空电缆充电至预定电压并将其放电至被测器件来生成方波。充电电压源提供额定能量,给传输线充电,产生一个窄方波(75ns-200ns),当开关S闭合时,被测器件接入传输线路,
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产生的窄方波被作用到被测器件的保护结构上。通过示波器获取测量值,再根据运算得到被测器件两端的电压和电流值。
d)测试方法:
— 设备选择:使用TLPpulser产生脉冲信号,搭配示波器和对应的探头、测试线缆、衰减器等测试被测器件端对应的电压和电流。
— 设置参数:根据测试需求设置TLPpulser的脉冲宽度、上升时间、电压等参数。通常脉宽是100ns,上升时间是10ns。
— 施加脉冲:使用TLPpulser发出指定电压的脉冲,待波形稳定后,示波器记录下此时的电流值。
— 测量漏电流:将测试线缆切换到直流电压源测量单元上,测试被测器件对应的漏电流。
— 重复测试:重复上述步骤,逐步增大脉冲电压,依次获取不同电压下的电流和漏电流值,并描绘相应的准静态I-V曲线,直至得到漏电流突变点,标志着器件发生了失效。通常,将初始漏电流突变10~100倍,视为漏电流发生了突变。

图5TLP测试图例
5.2 高速指标的测试
5.2.1低频电容
a) 参数目标:根据应用范围确定电容大小。
b) 评判标准:一般超高速接口(USB4.0、HDMI2.1、雷电3)电容需小于0.2pF。关于各种高速接口的寄生电容推荐值,参见附录A.3。
c) 测试方法:半导体器件分析仪或LCR测试仪
d) 半导体器件分析仪测试步骤:
— 校准:具体步骤见附录C;
— 选择C-Vsweep;
— 设置偏压范围,频率及ACLevel值;
— 待C-V曲线稳定后,读取0V下的电容值。
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图6 低频电容测试图例
5.2.2高频电容
a) 参数目标:根据应用场景的频率范围,确定ESD&TVS产品的寄生电容值。
b)评判标准:在信号端口的工作频带内的高频电容值,不得高于该ESD&TVS的低频电容值(1MHz,0Vbias),且电容-频率曲线在工作频带内无致命谐振峰。
c) 测试方法:测试设备矢量网络分析仪
— 校准具体校准步骤,见附录C中“矢量网络分析仪的 TRL校准”;
— 测试,待波形稳定后记录数据;
—串联直通法提取电容。

图7高频电容测试图例
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5.2.3 S参数(S11/S22/S12/S21)
a) 参数目标&评判标准:
S11、S22负值越大,表示反向隔离越好,信号从输出端反射回输入端的量越少,一般建议 S11和S22<-20dB。S12、S21负值越小,表示传输效率越高,一般建议S21和S22>-3dB。
— S11:端口2匹配时,端口1的反射系数;
— S22:端口1匹配时,端口2的反射系数;
— S12:端口1匹配时,端口2到端口1的反向传输系数;
— S21:端口2匹配时,端口1到端口2的正向传输系数。
b) 测试方法:测试设备矢量网络分析仪
— 基础参数设置:设置迹线名称,曲线坐标轴范围及刻度设置,频率选择,标记设置等;
— 校准:具体步骤见附录C;
— 连接器件开始测试;
— 待曲线稳定后保存数据。

图8 S21测试图例
5.2.4眼图
a)参数目标:
眼图是高速互连系统中分析信号完整性的核心。本规范利用眼图测试来评估挂载ESD&TVS元件对高速系统中信号完整性的影响。
b) 评判标准:
各测试端口需满足眼图模板(Mask)的参数规范,具体参数要求见附录B的眼图参考协议。
c)测试方法:
— 连接好硬件电路;
— 采用矢量网络分析仪,选择“时域反射仪(TDR)模块”进行眼图测试;
— 根据提示完成校准;
— 根据不同接口选择对应数据率、MASK及上升沿时间;
— 待波形稳定后保存数据及图片。
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图9 USB3.2-GEN2-10Gbps测试图例
5.2.5 瞬态过冲电压(TransientOvershootVoltage)
a)参数目标:
IEC的瞬态过冲电压反映了ESD/TVS的响应速度,响应速度越快,过冲电压越低,对被保护电路的保护裕量越大。
b) 评判标准:
当被保护电路的制造工艺及电路设计不同时,其对瞬态过冲电压的耐受程度也会有所差异。因此,本标准测得的ESD&TVS保护类芯片的瞬态过冲电压,应低于被保护电路在同等量级脉宽的脏冲激励下的瞬态击穿电压。
c)测试方法:
测试准备工作:足够带宽的示波器,带宽足够、衰减倍数足够的衰减器,可用于高速测试的PCB板,需要阻抗匹配且带SMA接口的线缆。
— 示波器设置,包含阻抗设置,耦合方式设置,触发方式、类型等;
— 焊接器件到测试板上;
— 示波器,衰减器,测试板,电子枪地线依次连接;
— 静电放电发生器电压设置;
— 执行特定等级的IEC放电,并抓取瞬态波形;
— 多次重复测试,观察其一致性。

图10 +8kVContact-IEC波形测试图例
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5.3 测试电路搭建与校准
高速测试中,设备的微小误差可能被放大,导致测试结果偏离真实值。校准通过将设备测量值与已知标准值对比,修正误差,确保数据的准确性及可靠性,是测试的重要环节。
5.3.1 S参数测试框图
测试S参数需要阻抗为50欧姆的线缆,SMA接线口及专用测试板,其中测试板分为并联及串联测试板:其中,并联测试板的测试结果主要用于提取S参数或带宽,串联测试板的测试结果主要用于计算提取高频电容。测试板可采用“双层接地共面波导(CPWG)”结构,特征阻抗需为50Ω±10%。具体测试框图如下图所示:

图11 并联测试框图

图12串联测试框图
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5.3.2 瞬态过冲电压测试框图
测试过冲电压需要配备带宽足够的示波器(一般带宽需要2G以上),衰减倍数适宜且与示波器带宽匹配的衰减器(衰减器需将IEC电压降到示波器能承受的范围以免示波器损坏),阻抗50欧姆的测试板及SMA接口等,具体测试框图如下图所示:

图13 过冲电压测试框图
6 测试结果判定
6.1合格判定准则
第5节《测试方法》中列举的各项测试内容均有相应的评判标准,当所有测试项目的测试结果均符合相应的合格判定准则时,才能判定器件为合格产品。
6.2不合格处理
若测试结果中有任何一项不符合合格判定准则,则判定器件为不合格产品。对于不合格产品,应详细记录不合格项目及测试数据,分析不合格原因,可采取重新测试、抽样复测、追溯生产过程等措施,确定不合格产品的范围和影响程度,并按照相关质量控制程序进行处理。
7测试报告
测试完成后,应出具详细的测试报告,测试报告应包括以下内容:
7.1试样品信息
包括器件型号、生产批次、生产厂家、样品数量等。
7.2测试设备信息
列出测试过程中使用的主要测试设备名称、型号、生产厂家、设备编号、校准有效期等。
7.3测试环境条件
记录测试时的环境温度、湿度等参数。
7.4测试项目及结果
按照测试方法的顺序,详细列出每个测试项目的测试条件、测试数据和测试结果判定。对于不合格项目,应注明不合格原因及相关分析。
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7.5测试日期和测试人员
记录测试完成的日期以及负责本次测试的人员姓名。
7.6结论
根据测试结果,给出明确的测试结论,判定测试样品是否合格。
8 标志、包装、运输和贮存
8.1标志
合格品应在产品表面或包装上清晰标注产品型号、生产批次、生产日期、生产厂家、主要性能参数等信息,便于识别和追溯。
8.2包装
器件的包装应能有效保护产品在运输和贮存过程中不受损坏,采用合适的包装材料(如防静电包装袋、泡沫塑料等),防止静电、机械冲击、潮湿等因素对器件造成影响。包装内应附带产品合格证、使用说明书等相关文件。
8.3运输
在运输过程中,应采取适当的防护措施,避免器件受到剧烈振动、碰撞、高温、潮湿等不良环境影响。对于需要特殊运输条件的器件(如对温度敏感的器件),应按照规定的运输要求进行运输。
8.4贮存
器件应贮存在干燥、通风、温度适宜的环境中,避免阳光直射和有害气体侵蚀。对于有特殊贮存要求的器件(如某些对温度、湿度有严格要求的器件),应按照产品说明书的规定进行贮存。贮存期限应根据产品特性和质量保证要求确定,超过贮存期限的产品在使用前应重新进行检验。
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附录A
A.1产品极性选型
单向的保护器件可以用于只有正向电压范围的接口,双向的保护器件可以用于有正负电压范围的任何接口。双向保护器件一般可替代单向保护器件使用,但是单向保护器件对于负压的保护更好。
以上接口中HDMI、USB、Ethernet、DP、SATA、PCIe、LVDS、VGA、DVI可使用单向、双向保护器件进行保护,Audio、CAN选择双向保护器件进行保护。
A.2闩锁特性选型
TVS和ESD的闩锁特性是指其在特定条件下进入一种持续导通的非正常状态,即使触发瞬态电压的电应力已经消失,保护器件仍无法自行恢复到高阻截止状态,从而失去对电路的保护功能,甚至可能因持续大电流而损坏自身或周边电路。
对于无回扫和浅回扫的保护器件,应用于任何高速接口都不会发生闩锁。而对于深回扫保护器件,需根据具体的应用来确定深回扫器件是否适用。其中,由于HDMI的TMDS线上存在上拉电阻(50Ω±10%),供电电压为3.3V±5%,因而需考虑latch-up风险。考虑最恶劣的工作情形,深回型保护器件的直流IV特性,需落在负载线(V=3.3× (1+0.05)V— I×50× (1—0.1)Ω)的右侧,才能有效规避掉latch-up风险。对于车载CAN接口,由于“跨接启动”时可能带来的误操作而导致CAN收发器芯片与蓄电池短路,因此保护器件的Holding电压必须大于汽车的蓄电池工作电压,此时深回扫器件不适用。
A.3寄生电容选型
高速接口的信号在高频下传输时,容性负载会影响信号完整性,比如导致信号衰减、反射、时延增加等。所以,保护器件的结电容必须与接口的传输速率匹配,否则会破坏信号质量。
表A.1 不同高速接口的保护器件容值的推荐值
应用版本 高速口推荐容值(pF)(特指信号端口对地的电容) HDMI1.4 ≤0.75 HDMI2.0 ≤0.6 HDMI2.1 ≤0.2 DVI ≤1 USB1.0 ≤1 USB1.1 ≤1 USB2.0 ≤1 USB3.0
USB3.1 Gen1
USB3.2 Gen1×1
USB3.2 Gen1×2
≤0.7 USB3.1
USB3.1 Gen2
USB3.2 Gen2×1
USB3.2 Gen2×2
USB4 Gen2×1
USB4 Gen2×2
≤0.35
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USB4
USB4 Gen3×1
USB4 Gen3×2
≤0.2 CAN(lowspeed, fault
tolerant) ≤30 CAN(highspeed) ≤15 CANFD(flexibledata
rate) ≤10 CANXL(成本高,未普
及) ≤10 100 MEthernet ≤1 1000 MEthernet ≤1 2.5 GEthernet ≤1 5 GEthernet ≤1 10 GEthernet ≤0.8 SATA1.0 ≤1 SATA2.0 ≤0.75 SATA3.0 ≤0.6 DP1.0/1.1 ≤0.8 DP1.2 ≤0.6 DP1.3/1.4 ≤0.4 DP2.0 ≤0.2 PCIExpress1.0 ≤0.8 PCIExpress2.0 ≤0.7 PCIExpress3.0 ≤0.6 PCIExpress4.0 ≤0.2
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附录B
表B.1主流高速接口的眼图参考协议表
应用版本 眼图参数参考协议 协议发布年份 发布单位 HDMI1.4 High-Definition MultimediaInterface
SpecificationVersion1.4 2009 HDMI
Licensing, LLC HDMI2.0 High-Definition MultimediaInterface
SpecificationVersion2.0 2013 HDMI论坛(HDMIForum) HDMI2.1 High-Definition MultimediaInterface
SpecificationVersion2.1 2017 HDMI论坛(HDMIForum)
DVI
Digital Visual InterfaceRevision
1.0
1999 数字显示工作组
(Digital
Display
Working
Group,DDWG) USB1.0 Universal Serial BusSpecification1.0 1996 USB实施者论坛
(USB-IF) USB1.1 Universal Serial BusSpecification1.1 1998 USB实施者论坛
(USB-IF) USB2.0 Universal Serial BusSpecification2.0 2000 USB实施者论坛
(USB-IF) USB3.0 UniversalSerialBus3.0Specification
2008 USB Promoter
Group
USB实施者论坛
(USB-IF) USB3.1 Universal Serial Bus
SpecificationVersion3.1
2013 USB Promoter
Group
USB实施者论坛
(USB-IF)
USB3.2 Universal Serial Bus
SpecificationVersion3.2
2017 USB Promoter
Group
USB实施者论坛
(USB-IF) USB4 Universal Serial Bus4Specification 2019 USB实施者论坛
(USB-IF) CAN(lowspeed,faulttolerant) Road vehicles—Controller area
network(CAN)—Part3:Low-speed,
fault-tolerant, medium-dependent
interface
2006 国际标准化组织
(ISO)
CAN(highspeed) Road vehicles—Controller area
network(CAN)—Part2:High-speed
medium access unit
2016 国际标准化组织
(ISO)
T/SZSA 034-2025
CANFD(flexible
datarate) Road vehicles—Controller area
network(CAN)—Part1: Datalink
layer and physicalsignalling
2015 国际标准化组织
(ISO)
CANXL Road vehicles—Controller areanetwork(CAN)—Part2: Physical mediumattachment(PMA)sublayer 2024 国际标准化组织
(ISO)
100 MEthernet
IEEEStd802.3-2000
2000 美国电气和电子
工程师协会
(Instituteof
Electrical and
Electronics
Engineers,
IEEE)
1000 MEthernet
IEEE802.3ab
1999 美国电气和电子
工程师协会
(Instituteof
Electrical and
Electronics
Engineers,
IEEE)
2.5 GEthernet
IEEE802.3bz-2016
2016 美国电气和电子
工程师协会
(Instituteof
Electrical and
Electronics
Engineers,
IEEE)
5 GEthernet
IEEE802.3bz-2016
2016 美国电气和电子
工程师协会
(Instituteof
Electrical and
Electronics
Engineers,
IEEE)
10 GEthernet
IEEE802.3ae-2002
2002 美国电气和电子
工程师协会
(Instituteof
Electrical and
Electronics
Engineers,
IEEE)
SATA1.0
SerialATARevision1.0
2003 Serial ATAInternationalOrganization(SATA-IO)
SATA2.0
SerialATARevision2.0
2004 Serial ATAInternationalOrganization(SATA-IO) SATA3.0 SerialATARevision3.0 2009 Serial ATA
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InternationalOrganization (SATA-IO) DP1.1 VESA DisplayPort StandardVersion1, Revisionla 2008 视频电子标准协会(VESA) DP1.2 VESA DisplayPort StandardVersion1, Revision2 2010 视频电子标准协会(VESA) DP1.3 VESA DisplayPort Standard
Version1.3 2014 视频电子标准协会(VESA) DP1.4 VESA Proposed DisplayPort
standard
Version1.4 2016 视频电子标准协会(VESA) DP2.0 VESA DisplayPort Standard
Version2.0 2019 视频电子标准协会(VESA)
PCIExpress1.0
PCI Express Base Specification
Revision1.0
2003 PCI-SIG
(Peripheral
Component
Interconnect
Special
Interest
Group,外设互
连特别兴趣小
组)
PCIExpress2.0
PCI Express Base Specification
Revision2.0
2006 PCI-SIG
(Peripheral
Component
Interconnect
Special
Interest
Group,外设互
连特别兴趣小
组)
PCIExpress3.0
PCI Express Base Specification
Revision3.0
2010 PCI-SIG
(Peripheral
Component
Interconnect
Special
Interest
Group,外设互
连特别兴趣小
组)
PCIExpress4.0
PCI Express Base Specification
Revision4.0
2017 PCI-SIG
(Peripheral
Component
Interconnect
Special
Interest
Group,外设互
连特别兴趣小
组)
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附录C
测试设备校准
C.1 LCR测试仪的校准
为了精准测试器件电容,推荐探针测试台与LCR测试仪一起使用,LCR测试仪开机时,需根据待测试对象的不同设置相应的参数,推荐设置频率为1MHz,ACLevel为150mV。待参数设置完毕后开始校准测试,校准分Open及Short校准,低容值产品的电容可能会受到光照的影响,因而校准和测试时,探针台需关灯和关门,使被测器件处于暗室环境
校准步骤:
— Open校准:探针在开路状态下运行校准,探针距离与被测器件待测引脚之间的距离应保持一致。
— Short校准:探针在短接的状态下运行校准。
— 探针再次回到浮空状态,静置等待数秒看LCR测试仪显示屏电容单位是否变成 aF级别,校至aF级别说明校准完成,若未完成则需重新校准。因高频产品通常电容较低,电容需校准至aF级别才能准确测出电容值。
C.2 矢量网络分析仪的TRL校准
矢量网络分析仪目前常用的校准方式有短路-开路-负载-直通校准(Short-Open-Load-ThruCalibration,SOLT)和直通-反射-传输线校准(Thru-Reflect-LineCalibration,TRL)两种,推荐采用TRL校准法。
TRL校准是通过测量2个传输标准件和一个反射标准件来决定10项误差模型或者8项误差模型(取决于所用网络分析仪的接收机结构),尤其适合于非同轴环境测量,例如 PCB上表贴器件,波导、夹具、片上晶圆测量。
TRL校准件没有标准的校准件,而是需要根据不同的使用环境,如板材介电常数、厚度、频率等参数,进行定制设计。TRL标准件通常的组成:直通标准件、反射标准件、传输线标准件。
下图是TRL校准件设计原件,其中包括直通标准件、反射标准件、多个传输线标准件(数目取决于被测频段范围,通常每块传输线标准件可以覆盖的频率范围≤8倍)。

图C.1 校准件
注:从上到下依次为:THRU校准件、OPEN校准件、传输线高频校准件、传输线低频校准件)。
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图C.2 测试件,分为并联及串联测试板
测试步骤:
— Line校准测试,高频Line1及低频Line2均需校准,需根据缆线长度输入不同的延时;
— Reflect校准测试;
— Through校准测试;
— 校准标准: S21/S12校准后曲线以在整个测试频段内均趋近于零点为优,建议S21/S12正
— 负绝对偏差小于0.2dB;S11/S22校准后曲线越负越好,Y轴读值建议小于-50dB;
—正式测试;

—保存数据。

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