ESD保護(hù)器件的主要特性參數(shù)分析及典型應(yīng)用2

ESD應(yīng)用

1.底部連接器的應(yīng)用

底部連接器設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用在移動(dòng)消費(fèi)類產(chǎn)品上，目前市場(chǎng)上應(yīng)用產(chǎn)品主要為移動(dòng)電話、PDA、DSC(數(shù)碼相機(jī))以及MP3等便攜產(chǎn)品。

    由于是直流回路，可選用高電容器件。此端口可能會(huì)受到高能量的沖擊，可以選用集成了TVS和過流保護(hù)功能的器件。如圖1所示，是便攜產(chǎn)品的底部連接器保護(hù)電路的示意圖，其中的數(shù)據(jù)線保護(hù)IC為NZQA5V6XV5T1、NZQA6V2XV5T1、NZQA6V8XV5T1、NZQA8V2XV5T1、NZQA5V6AXV5T1、NZQA6V8AXV5T1、MSQA6V1W5T2、SMF05T1和NSQA6V8AW5T2。以上產(chǎn)品都帶4個(gè)單相獨(dú)立線路ESD保護(hù)，其中MSQA系列、NSQA系列和SMF05的封裝形式是SC-88A，NZQA系列的封裝形式是SOT-553。其中NZQA5V6XV5是5.6V單向式TVS保護(hù)器件；NZQA6V2XV5是6.2V單向式TVS保護(hù)器件；NZQA6V8XV5是6.8V單向式TVS保護(hù)器件；NZQA6V8AXV5是6.8V單向式、低電容TVS保護(hù)器件；NUP4102XV6是14V雙向式、低電容TVS。這些SOT5xx封裝的TVS器件均針對(duì)260℃回焊溫度處理工藝生產(chǎn)，符合100%無鉛和靜電放電保護(hù)的要求，比傳統(tǒng)的SC88封裝減少電路板空間達(dá)36%，降低厚度40%，適合用于對(duì)電路板空間要求嚴(yán)格的便攜設(shè)備，如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器。

2 RJ-45(10/100M以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)) RJ-45接口廣泛應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)連接的接口設(shè)備上，典型的應(yīng)用就是10/100M以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

    RJ-45數(shù)據(jù)線保護(hù)主要應(yīng)用了安森美公司的低電容瞬態(tài)電壓抑制二極管--SL05，工作電壓是5V。實(shí)際上該公司有一系列的SLXX產(chǎn)品，產(chǎn)品從SL05到SL24，工作電壓覆蓋5V、12V、15V、24V。符合IEC 61000-4-2(ESD)15kV(空氣)、8kV(接觸) 和IEC 61000-4-4(EFT)40A(5/50ns)以及IEC 61000-4-5(Lightning)12A(8/20us)標(biāo)準(zhǔn)，除了用在LAN/WAN設(shè)備上，還適合用于高速數(shù)據(jù)線保護(hù)，移動(dòng)電話和USB端口的保護(hù)。

3. 視頻線路的保護(hù)

目前視頻常見的輸出端口設(shè)計(jì)有D-SUB(如圖3)、DVI(28線)、SCART(19線)和D-TERMINAL(主要日系產(chǎn)品在用)。視頻數(shù)據(jù)線具有高數(shù)據(jù)傳輸率，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)480Mbps，有的視頻數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到1G以上，因而要選擇低電容LCTVS，它通常是將一個(gè)低電容二極管與TVS二極管串聯(lián)，以降低整個(gè)線路的電容(可低于3pF)，達(dá)到高速率回路的要求。ONSEMI半導(dǎo)體公司的SRDA05-4具有良好的低電容特性，能夠提供4路ESD保護(hù)，而它的后繼產(chǎn)品SRDA05-6能夠提供多達(dá)6路ESD保護(hù)。SRDA05-X系列產(chǎn)品適用于所有高速通訊線路的保護(hù)。

4. SIM卡數(shù)據(jù)線路保護(hù)

SIM卡數(shù)據(jù)線路保護(hù)一直是各個(gè)公司的產(chǎn)品重點(diǎn),而且專門為此類端口設(shè)計(jì)的集ESD(TVS)/EMI/RFI防護(hù)于一個(gè)芯片的器件，充分體現(xiàn)了片式器件的無限集成方案。

在針對(duì)不同用途選擇器件時(shí)，要避免使器件工作在其設(shè)計(jì)參數(shù)極限附近，還應(yīng)根據(jù)被保護(hù)回路的特征及可能承受ESD沖擊的特征選用反應(yīng)速度足夠快、敏感度足夠高的器件，這對(duì)于有效發(fā)揮保護(hù)器件的作用十分關(guān)鍵，另外集成了其它功能的器件也應(yīng)當(dāng)首先考慮。

眾多半導(dǎo)體廠商提供了多種不同的TVS二極管封裝形式，尤其是像SOT23和SC-70，以及與芯片同等大小的倒裝芯片之類的微型封裝，在板上只占約4.8mm2的位置，卻可以同時(shí)保護(hù)多個(gè)線路。*近的許多新產(chǎn)品更是適應(yīng)便攜設(shè)備高集成度、小型化要求，將EMI/RFI/ESD保護(hù)集成在一個(gè)器件中，不但可以有效縮小空間，還大大減少了成本，降低了器件采購(gòu)成本和加工成本，對(duì)于同時(shí)需要這幾種保護(hù)功能的端口來說，可謂設(shè)計(jì)者的優(yōu)選。

5. USB保護(hù)

一般USB的ESD保護(hù)分上行(圖5)和下行(圖6)兩種情況。針對(duì)USB 1.1的ESD保護(hù)下行主要采用了NUF2101，上行ESD保護(hù)采用STF202或者NUF2221W1T2。這些產(chǎn)品即能滿足USB線路終端的ESD保護(hù)，還具有良好的濾波功能。

6. 音頻/揚(yáng)聲器數(shù)據(jù)線路保護(hù)

在音頻數(shù)據(jù)線路保護(hù)方面(圖6)，由于音頻回路的信號(hào)速率比較低，對(duì)器件電容的要求不太高，100pF左右都是可以接受的。有的手機(jī)設(shè)計(jì)中將耳機(jī)和麥克風(fēng)合在一起，有的則是分立線路。前一種情況可以選擇單路TVS，而后一種情況如果兩個(gè)回路是鄰近的，則可以選用多路TVS陣列，只用一個(gè)器件就能完成兩個(gè)回路的保護(hù)。

7. 按鍵/開關(guān)對(duì)于按鍵和開關(guān)回路，這些回路的數(shù)據(jù)率很低，對(duì)器件的電容沒有特殊要求，用普通的TVS陣列都可以勝任。

本文總結(jié)

以上的產(chǎn)品主要是針對(duì)數(shù)據(jù)線路的ESD保護(hù)。在表1中所列器件中有四款是專為為USB、以太網(wǎng)、防火墻和其他高速數(shù)據(jù)應(yīng)用設(shè)計(jì)的濾波器。這些器件符合USB的所有要求，包括電磁干擾濾波和上行/下行端口的線路終端。這些新型集成元件均能替代目前需采用12個(gè)元件的分立元件解決方案。八款新型器件提供靜電放電(ESD)保護(hù)，具有業(yè)界*低電容。這些新型保護(hù)器件均通過了15千伏接觸放電測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)高于IEC61000的8千伏ESD標(biāo)準(zhǔn)。這些器件具有1.5皮法電容典型值，確保了數(shù)據(jù)線速度以及數(shù)據(jù)完整性。

此外，對(duì)于便攜式設(shè)備來說，各類集成電路的復(fù)雜性和精密度的提高使它們對(duì)ESD也更加敏感，以往的通用回路設(shè)計(jì)也不再適合。合理的PCB布局*重要的是要在使用TVS二極管保護(hù)ESD損害的同時(shí)避免自感。ESD設(shè)計(jì)很可能會(huì)在回路中引起寄生自感，會(huì)對(duì)回路有強(qiáng)大的電壓沖擊，導(dǎo)致超出IC的承受極限而造       成損壞。負(fù)載產(chǎn)生的自感電壓與電源變化強(qiáng)度成正比，ESD沖擊的瞬變特征易于誘發(fā)高強(qiáng)自感。減小寄生自感的基本原則是盡可能縮短分流回路，必須考慮到包括接地回路、TVS和被保護(hù)線路之間的回路，以及由接口到TVS的通路等所有因素。所以，TVS器件應(yīng)與接口盡量接近，與被保護(hù)線路盡量接近，這樣才會(huì)減少自感耦合到其它鄰近線路上的機(jī)會(huì)。

在電路板設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：盡量避免在保護(hù)線路附近走比較關(guān)鍵的信號(hào)線，盡量將接口安排在同一個(gè)邊上；采用高集成度器件，二極管陣列不但可以大大節(jié)約線路板上的空間，而且減少了由于回路復(fù)雜可能誘發(fā)的寄生性線路自感的影響；避免被保護(hù)回路和未實(shí)施保護(hù)的回路并聯(lián)，將接口信號(hào)線路和接地線路直接接到保護(hù)器件上，然后再進(jìn)入回路的其它部分，將復(fù)位、中斷、控制信號(hào)遠(yuǎn)離輸入/輸出口，遠(yuǎn)離PCB的邊緣；各類信號(hào)線及其饋線所形成的回路所環(huán)繞面積要盡量小，必要時(shí)可考慮改變信號(hào)線或接地線的位置；在可能的地方都加入接地點(diǎn)。