KEMI Docs · 회로 실무

ESD 보호 설계 — TVS 다이오드 선정·배치·적용 규칙

마지막 갱신: 2026-09-16

사람 손에서 나오는 정전기는 수천 볼트, 지속 시간은 나노초입니다. MCU 내장 보호 다이오드는 이 에너지를 몇 번은 견디지만 반복되면 핀이 죽고, 증상은 '가끔 리셋된다', '어느 날 USB가 안 잡힌다'로 나타납니다. 이 글은 어느 핀에, 어떤 정격의 TVS를, 어디에 두는지를 실무 값으로 정리합니다.

보호 대상 핀 고르기

기준은 하나 — 케이스 밖으로 나가거나 손이 닿는 모든 도체. USB·UART·SD 카드·오디오 잭·버튼·터치 패드·외부 센서 커넥터·전원 입력이 해당합니다. 보드 안에서만 도는 신호(I2C 내부 센서, SPI 플래시)는 대상이 아닙니다. 보호는 침입 지점에서 막아야 하므로, 대상 핀이 정해지면 부품 위치는 자동으로 '커넥터 바로 옆'이 됩니다.

TVS 데이터시트에서 볼 숫자 세 개

항목	뜻	고르는 기준
VRWM(역방향 동작전압)	이 전압까지는 누설 없이 조용히 있음	신호 최대 전압보다 높게 — 3.3V 신호면 5V급
VC(클램핑 전압)	서지 시 실제로 눌러 주는 전압	보호할 IC의 절대최대정격보다 낮게
CJ(정전용량)	신호선에 병렬로 붙는 커패시턴스	USB 2.0 ≤ 3 pF, USB 3/HDMI ≤ 0.5 pF, UART·버튼은 무관

ESD 등급은 IEC 61000-4-2 기준 접촉 ±8 kV, 공기 ±15 kV가 통상 목표입니다. 대부분의 소신호 TVS가 이 값을 만족하니, 실제 선택은 위 세 숫자로 갈립니다. 특히 클램핑 전압은 '8 kV 인가 시'가 아니라 '1 A·8/20 µs 시' 조건으로 적힌 값을 봐야 실제와 맞습니다.

배치 — 거리와 경로가 전부

커넥터 핀에서 TVS까지 트레이스는 5 mm 이내, TVS를 거친 뒤에 IC로 갑니다(스터브 배선 금지 — 신호가 먼저 IC로 가고 TVS가 곁가지에 달리면 보호가 안 됩니다).
TVS의 GND는 짧고 굵게, 가능하면 비아 2개로 플레인에 직결. 이 경로의 인덕턴스가 클램핑 전압을 수십 V 올립니다.
커넥터 쉘(금속 몸체)은 섀시 GND로, 신호 GND와는 한 점에서만 만나게 하거나 1 MΩ‖1 nF로 연결합니다.
TVS 뒤에 직렬 저항(22~100 Ω)을 두면 남은 에너지를 한 번 더 줄입니다. UART·버튼·I2C 외부 라인에 효과적이고 비용은 거의 0입니다.

인터페이스별 실무 값

인터페이스	TVS 예	메모
USB 2.0 D+/D−	VRWM 5V, CJ ≤ 1 pF, 2채널 어레이	VBUS도 별도 5V TVS
UART·GPIO 외부	VRWM 5V, CJ 무관(수십 pF 가능)	+ 직렬 100 Ω
버튼·터치	VRWM 5V 또는 저가 바리스터	+ 직렬 1 kΩ + 100 nF로 디바운스 겸용
12~24V 전원 입력	VRWM 24~30V, 피크 펄스 전력 400~600W(SMA/SMB)	역접속 다이오드·퓨즈와 함께
RS-485/CAN	전용 양방향 TVS(±12~±36V)	공통모드 초크와 병행

가장 흔한 실패

TVS를 넣었는데 IC 옆에 뒀거나, GND를 가는 트레이스로 멀리 끌어 연결한 경우입니다. 부품표엔 있지만 보호가 안 됩니다. ESD 부품은 '무엇'보다 '어디'가 90%입니다.

FAQ

MCU 내장 다이오드만으로 부족한가요?

내장 다이오드는 수 mA급 정격이라 ±2 kV 정도의 1회 방전엔 버티지만 반복 노출엔 열화됩니다. 손이 닿는 핀엔 외장 TVS가 원칙입니다.

바리스터와 TVS 중 무엇을?

TVS가 응답이 빠르고(ps급) 클램핑이 정확해 신호선에 씁니다. 바리스터는 싸고 에너지 흡수가 커서 AC 전원 입력·버튼 같은 느린 라인에 적합합니다.

정전용량이 큰 TVS를 고속 신호에 쓰면?

신호 파형이 무너져 통신 오류가 납니다. USB 3.0·HDMI·LVDS는 반드시 0.5 pF 이하 초저용량품을 씁니다.

함께 보기

이 문서는 KEMI가 실제 설계·발주 업무에서 쓰는 기준을 정리한 것입니다. 실제 제작 시에는 부품 데이터시트와 제조 사양이 우선합니다.