在现代数字化办公和生活中，局域网无处不在，它如同无形的桥梁，连接着各类设备，让数据能够快速、高效地传输。然而，在看似平静的网络世界里，却隐藏着一个不易察觉的 “杀手”—— 静电。

静电，这个在日常生活中常见的现象，比如在干燥的冬天脱毛衣时产生的电火花，用梳子梳头时头发的 “飞舞”，其危害不容小觑，尤其是对局域网设备而言。当静电放电（ESD）发生时，瞬间会产生极高的电压和电流。对于局域网中的核心设备，如交换机、路由器等，其内部集成了大量高度精密的芯片，这些芯片就像设备的 “大脑”，负责数据的处理和转发 。静电放电产生的高压可能直接击穿芯片中的绝缘层，使原本有序的电路连接瞬间失效，造成芯片永久性损坏。据统计，约有 30% 的芯片故障是由静电放电引起的。

除了对芯片造成直接损害，静电还会干扰局域网中的数据传输。数据在网络中以电信号的形式传输，而静电放电产生的瞬间电磁脉冲，就像一阵突如其来的 “狂风”，扰乱正常的电信号。这可能导致数据传输出现错误，如数据包丢失、数据校验错误等。在一些对数据准确性要求极高的场景，如金融交易、医疗数据传输中，哪怕是一个比特的数据错误，都可能引发严重的后果。在金融交易系统中，数据错误可能导致交易失败、资金损失；在医疗领域，错误的数据可能影响医生的诊断，危及患者的生命安全。

ESD 二极管：工作原理大揭秘

面对静电对局域网设备的严重威胁，ESD 二极管应运而生，成为了保护局域网设备的关键防线。ESD 二极管，全称为静电放电二极管（Electro-Static Discharge Diode） ，是一种专门为保护电子电路免受静电放电和其他瞬态电压冲击影响而设计的特殊二极管。

从结构上看，ESD 二极管基于半导体材料制成，通常采用硅作为基础材料。其内部核心结构是一个或多个 PN 结，这是实现其独特功能的关键。PN 结由 P 型半导体和 N 型半导体紧密结合而成，P 型半导体富含空穴（正电荷载流子），N 型半导体则富含自由电子（负电荷载流子） ，在两者的交界处，形成了一个特殊的空间电荷区。

在正常工作状态下，当没有静电放电等异常电压冲击时，ESD 二极管处于反向偏置状态。此时，PN 结的空间电荷区变宽，呈现出高阻抗特性，就像一个断开的开关，仅有极小的反向漏电流（通常小于 10nA）流过，几乎不会对电路的正常工作产生任何影响。例如，在一个正常运行的局域网交换机电路中，ESD 二极管安静地 “潜伏” 在电路中，不干扰数据信号的传输。

然而，当静电放电事件发生，瞬间产生的高电压加在 ESD 二极管两端时，情况就会发生急剧变化。一旦电压超过其设定的反向击穿电压（VBR），ESD 二极管就会迅速做出响应。它会进入雪崩击穿或齐纳击穿模式，具体取决于其设计和参数。在雪崩击穿模式下（当 VBR 大于 5V 时） ，高能量的电子与半导体晶格中的原子发生碰撞，产生连锁反应，导致大量电子 - 空穴对的产生，使得电流迅速增大；而在齐纳击穿模式下（当 VBR 小于 5V 时），主要是量子隧穿效应起主导作用，电子直接穿过 PN 结的势垒，形成导电通道。

无论是哪种击穿模式，ESD 二极管都会在极短的时间内（通常在皮秒至纳秒级）从高阻态转变为低阻态，为瞬间产生的静电电流提供一条低阻抗的放电通路，将电流快速引导到地（GND） ，从而避免静电电流流经局域网设备中的敏感电路元件。与此同时，ESD 二极管还能将被保护电路两端的电压钳制在一个安全的水平（钳位电压 VC） ，确保即使在静电冲击的情况下，电路中的电压也不会超过元件所能承受的耐受阈值。比如，当一个 8 千伏的人体放电静电脉冲作用于连接有 ESD 二极管的局域网接口时，ESD 二极管能够迅速将其转化为不到 10 伏的残余电压，有效保护了接口及与之相连的内部电路。

局域网中的 ESD 二极管应用实例

以太网接口保护

在局域网中，以太网接口是数据传输的关键通道，常见的 100M 和 1000M 以太网口广泛应用于各类网络设备中 。以企业办公网络为例，办公室内的计算机通过 100M 或 1000M 以太网口连接到交换机，再通过交换机实现与服务器及其他设备的通信。在日常使用中，插拔网线是常见操作，而这一过程极易产生静电。当用户不小心触摸到网线接口时，人体所携带的静电可能瞬间释放。同时，由于以太网端口需要较远距离传输且走线环境多为户外和一些电磁环境较复杂的地方，还容易受到雷击浪涌的影响。

为了防止这些静电和浪涌对以太网接口造成损坏，通常会采用 ESD 二极管进行防护。在防护方案设计中，一般会将 ESD 二极管与以太网接口芯片并联连接 。例如，选用低电容的 ESD 二极管，其结电容低至 0.8pF，能够满足 100M/1000M 以太网对信号完整性的要求。该 ESD 二极管符合 IEC 61000-4-2 4 级 ESD 防护规范和 IEC 61000-4-5 3 级雷击浪涌防护规范，在 ±15kV 空气放电、 ±15kV 接触放电和 2kV 浪涌电压下提供瞬变保护。在 100M 以太网口防护中，配合陶瓷气体放电管 3R90A-TP1 作为第一级防护，将浪涌电流泄放到大地，ESD 二极管 DW03DLC-B-S 作为第二级防护，吸收残留的频率成分浪涌，确保以太网芯片处于安全保护状态。1000M 以太网口防护类似，可根据实际需求选择不同的防护器件组合。

CAN 总线保护

在车载网络中，CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用的串行通信协议，用于实现汽车内部各个电子控制单元（ECU）之间的通信 ，比如发动机控制单元、变速器控制单元、防抱死制动系统等都通过 CAN 总线进行数据交互。汽车行驶过程中，车身会因与空气摩擦、人员上下车等产生静电，这些静电可能会耦合到 CAN 总线上。而且汽车的电气环境复杂，各种电器设备的开关操作也会产生电磁干扰，CAN 总线容易受到影响。

ESD二极管在 CAN 总线保护中起着至关重要的作用，能够保障汽车控制系统的稳定运行。例如，的 PESD2CAN 是一款适用于 CAN 总线接口浪涌静电防护的汽车级 ESD 二极管，工作电压 24V，功率 420W，具有低结电容、低钳位的特点，采用 SOT-23 封装，符合 AEC-Q 101 认证，满足 IEC 61000-4-2 Level 4 标准，接触放电 ±30KV，空气放电 ±30KV 。德州仪器的 ESD2CANFD24 也是一款用于 CAN 接口保护的双向二极管，其额定消散接触 ESD 冲击能力超过了 ISO 10605 汽车标准所规定的最高水平（±30kV 接触放电，±30kV 气隙放电），低动态电阻和钳位电压确保为瞬态事件提供系统级保护，每通道低 IO 电容适合 CAN、CANFD、CAN SiC 和支持高达 10Mbps 数据速率的 CAN-XL 应用 这些 ESD 二极管通过合理的电路布局，连接在 CAN 总线的收发器引脚与地之间，当有静电或瞬态电压出现时，迅速将其引导到地，避免对 CAN 总线设备造成损害。