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随着技术的发展，移动电子设备已成为我们生活和文化的重要组成部分。平板电脑和智能手机触摸技术的应用，让我们能够与这些设备进行更多的互动。它构成了一个完整的静电放电（ESD）危险环境，即人体皮肤对设备产生的静电放电（点击链接参考前文《ESD基础概述》）。
IC的ESD损坏可能发生在任何时候，从装配到板级焊接，再到终端用户人机互动。ESD相关损坏最早可追溯到半导体发展之初，但在20世纪70年代微芯片和薄栅氧化FET应用于高集成IC以后，它才成为一个普遍的问题。所有IC都有一些嵌入式器件级ESD结构，用于在制造阶段保护IC免受ESD事件的损坏。这些事件可由三个不同的器件级模型进行模拟，人体模型（HBM）、机器模型（MM）和带电器件模型（CDM）。
HBM用于模拟用户操作引起的ESD事件，MM用于模拟自动操作引起的ESD事件，而CDM则模拟产品充电/放电所引起的ESD事件（点击链接参考前文《ESD防护实用方法》）。这些模型都用于制造环境下的测试。在这种环境下，装配、最终测试和板级焊接工作均在受控ESD环境下完成，从而减小暴露器件所承受的ESD应力。在制造环境下，IC一般仅能承受2kV HBM的ESD电击，而最近出台的小型器件静电规定更是低至500V。
尽管在厂房受控ESD环境下器件级模型通常已足够，但在系统级测试中它们却差得很远。在终端用户环境下，电压和电流的ESD电击强度要高得多。因此，工业环境使用另一种方法进行系统级ESD测试，其由IEC 61000-4-2标准定义。器件级HBM、MM和CDM测试的目的都是保证IC在制造过程中不受损坏，IEC 61000-4-2规定的系统级测试用于模拟现实世界中的终端用户ESD事件。IEC规定了两种系统级测试，接触放电和非接触放电。使用接触放电方法时，测试模拟器电极与受测器件（DUT）保持接触。非接触放电时，模拟器的带电电极靠近DUT，同DUT之间产生的火花促使放电。
下表列出了IEC 61000-4-2标准规定的每种方法的测试级别范围，两种方法的每种测试级别的放电强度并不相同，通常在4级以上对应力水平进行逐级测试，直到发生故障点为止。
器件级模型和系统级模型有一些明显的区别，下表列出了这些区别。
上表中最后三个参数（电流、上升时间和电击次数）需特别注意：
a）电流差对于ESD敏感型器件是否能够承受一次ESD事件至关重要。由于强电流可引起结点损坏和栅氧化损坏，8-kV HBM保护芯片（峰值电流5.33A）可能会因2-kV IEC模型电击（峰值电流7.5A）而损坏。因此，系统设计人员不能把HBM额定值同IEC模型额定值混淆，这一点极为重要；
b）另一个差异存在于电压尖峰上升时间。HBM的规定上升时间为25ns。IEC模型脉冲上升时间小于1ns，其在最初3ns消耗掉大部分能量。如果HBM额定的器件需25ns来做出响应，则在其保护电路激活以前器件就已被损坏；
c）两种模型在测试期间所用的电击次数不同。HBM仅要求测试一次正电击和一次负电击，而IEC模型却要求10次正电击和10次负电击。可能出现的情况是，器件能够承受第一次电击，但由于初次电击带来的损坏仍然存在，其会在后续电击中失效。下图显示了CDM、HBM和IEC模型的ESD波形举例。很明显，相比所有器件级模型的脉冲，IEC模型的脉冲携带了更多的能量。
与ESD保护集成结构不同，IEC 61000-4-2标准规定的模型通常会使用离散式独立瞬态电压抑制二极管，也即瞬态电压抑制器（TVS）。相比电源管理或者微控制器单元中集成的ESD保护结构，独立TVS成本更低，并且可以靠近系统I/O连接器放置，如下图所示（点击链接参考前文《ESD保护器件选型》）。
正常工作状态下，双向和单向TVS都为一个开路，并在ESD事件发生时接地。在双向TVS情况下，只要D1和D2都不进入其击穿区域，I/O线路电压信号会在接地电压上下摆动。当ESD电击（正或者负）击中I/O线路时，一个二极管变为正向偏置，而另一个击穿，从而形成一条通路，ESD能量立即沿这条通路接地。在单向TVS情况下，只要D2和Z1都不进入其击穿区域，则电压信号会在接地电压以上摆动。
当正ESD电击击中I/O线路时，D1变为正向偏置，而Z1先于D2进入其击穿区域，通过D1和Z1形成一条接地通路，从而让ESD能量得到耗散。当发生负ESD事件时，D2变为正向偏置，ESD能量通过D2接地通路得到耗散。由于D1和D2尺寸可以更小、寄生电容更少，单向二极管可用于许多高速应用。D1和D2可以“隐藏”更大的齐纳二极管Z1（大尺寸的原因是处理击穿区域更多的电流）。
下图显示了TVS二极管电流与电压特性的对比情况。尽管TVS是一种简单的结构，但是在系统级ESD保护设计过程中仍然需要注意几个重要的参数。这些参数包括击穿电压VBR、动态电阻RDYN、钳位电压VCL和电容。
正确选择TVS的第一步是研究击穿电压（VBR）。例如，如果受保护I/O线路的最大工作电压VRWM为5V，则在达到该最大电压以前TVS不应进入其击穿区域。通常，TVS产品说明书会包括具体漏电流的VRWM，它让我们能够更加容易地选择正确的TVS。否则，我们可以选择一个VBR（min）大于受保护I/O线路VRWM几伏的TVS。
ESD是一种极速事件，也就是几纳秒的事情。在如此短的时间内，TVS传导接地通路不会立即建立起来，并且在通路中存在一定的电阻。这种电阻被称作动态电阻（RDYN），如下图所示。
理想情况下，RDYN应为零，这样I/O线路电压才能尽可能地接近VBR，但这是不可能的事情。RDYN的最新工业标准值为1Ω或者1Ω以下。利用传输线路脉冲测量技术可以得到RDYN。使用这种技术时，通过TVS释放电压，然后测量相应的电流。在得到不同电压的许多数据点以后，便可以绘制出如下图一样的IV曲线，而斜线便为RDYN。
由于ESD是一种极速瞬态事件，I/O线路的电压不能立即得到箝制。如下图所示，根据IEC 61000-4-2标准，数千伏电压被箝制为数十伏。
如下面方程式所示，RDYN越小，钳位性能也就越好。
其中，IPP为ESD事件期间的峰值脉冲电流，而Iparasitic为通过TVS接地来自连接器的线路寄生电感。把钳位电压波形下面的区域想象成能量。钳位性能越好，受保护ESD敏感型器件在ESD事件中受到损坏的机率也就越小。由于钳位电压很小，一些TVS可承受IEC模型的8kV接触式放电，但是“受保护”器件却被损坏了。
在正常工作状态下，TVS为一个开路，并具有寄生电容分流接地。设计人员应在信号链带宽预算中考虑到这种电容。