靜電放電(ESD)保護(hù)及電磁干擾(EMI)正在成為所有電氣設(shè)備越來(lái)越重要的考慮因素。消費(fèi)者要求智能手機(jī)等便攜/無(wú)線設(shè)備具有更多功能特性及采用纖薄型工業(yè)設(shè)計(jì),，這就要求設(shè)計(jì)人員要求更加注重小外形封裝之中的ESD及EMI性能,。本文將分析電路保護(hù)要求，比較不同的電路保護(hù)技術(shù)及濾波技術(shù),，介紹安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于典型電路保護(hù)及濾波應(yīng)用的產(chǎn)品,，幫助設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)出更可靠的便攜及消費(fèi)類產(chǎn)品。

關(guān)鍵芯片組外部ESD保護(hù)要求

業(yè)界正在采用最先進(jìn)的技術(shù)制造先進(jìn)的系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC),。設(shè)計(jì)人員為了優(yōu)化功能及芯片尺寸,，正在持續(xù)不斷地減小其芯片設(shè)計(jì)的最小特征尺寸。但相應(yīng)的代價(jià)是：隨著特征尺寸減小,，器件更易于遭受ESD損傷,。當(dāng)今的集成電路(IC)給保護(hù)功能所留下的設(shè)計(jì)窗口已經(jīng)減小。ESD保護(hù)必須在安全過(guò)壓及過(guò)流區(qū)工作,。隨著業(yè)界趨向以更小幾何尺寸和更低電壓制造更先進(jìn)IC,，IC的安全工作區(qū)也在縮小。

有效ESD保護(hù)的關(guān)鍵是限制ESD事件期間的電壓,，令其處于給定芯片組的安全電壓窗口內(nèi),。ESD保護(hù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)有效ESD保護(hù)的方式，是在ESD事件期間提供接地的低阻抗電流路徑,；用于新集成電路的保護(hù)產(chǎn)品需要更低的動(dòng)態(tài)阻抗(Rdyn),，從而避免可能導(dǎo)致?lián)p傷的電壓。

由于給保護(hù)功能所留的設(shè)計(jì)窗口減小,，選擇具有低動(dòng)態(tài)阻抗的ESD保護(hù)產(chǎn)品變得更加重要,，以此確保鉗位電壓不超過(guò)新芯片組的安全保護(hù)窗口。因此,，ESD保護(hù)產(chǎn)品供應(yīng)商必須提供保護(hù)產(chǎn)品有效性的信息,，而非僅是保護(hù)產(chǎn)品自身的存續(xù)等級(jí)。

硅ESD保護(hù)技術(shù)與無(wú)源ESD保護(hù)技術(shù)比較

安森美半導(dǎo)體的保護(hù)及濾波方案基于先進(jìn)的硅工藝,。相比較而言,，其它幾種低成本無(wú)源方案結(jié)合使用了陶瓷、鐵氧體及多層壓敏電阻(MLV)材料,。這些類型器件傳統(tǒng)上ESD鉗位性能較弱,。在某些無(wú)源方案中，下游器件會(huì)遭受的電壓比安森美半導(dǎo)體硅方案高出一個(gè)或多個(gè)數(shù)量級(jí)，下圖中的ESD屏幕截圖所示,，其中比較了安森美半導(dǎo)體硅方案與競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)在8 kV ESD應(yīng)力條件下的表現(xiàn),。競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的導(dǎo)通電壓如此之高，以致于它根本不會(huì)激活,，所測(cè)的電壓只不過(guò)是在50 Ω測(cè)量電路上的電壓降。其它一些更老技術(shù)甚至在經(jīng)歷較少幾次ESD沖擊后性能就會(huì)下降,。由于材料成分原因,，某些無(wú)源器件往往在不同溫度條件下的性能表現(xiàn)不一致，因此在惡劣環(huán)境下的可靠性更低,。

圖1：安森美半導(dǎo)體硅器件與無(wú)源競(jìng)爭(zhēng)器件以50 Ω系統(tǒng)在8 kV測(cè)得的ESD鉗位性能比較

消除信號(hào)完整性問(wèn)題的PicoGuard® XS ESD保護(hù)技術(shù)

傳統(tǒng)ESD保護(hù)產(chǎn)品貼裝在信號(hào)走線與地之間,，在信號(hào)路徑上不會(huì)產(chǎn)生中斷。為了將高速數(shù)據(jù)線路的信號(hào)完整性下降問(wèn)題減至最輕,，電容必須最小化,，如圖2所示。

圖2：傳統(tǒng)ESD保護(hù)設(shè)計(jì)方法與PicoGuard XS比較,。

安森美半導(dǎo)體優(yōu)異的PicoGuard XS技術(shù)通過(guò)使信號(hào)路徑穿越保護(hù)產(chǎn)品,，提供阻抗匹配的信號(hào)路徑，故而消除了信號(hào)完整性問(wèn)題,。PicoGuard XS技術(shù)平衡了封裝串聯(lián)電感與保護(hù)二極管電容,，提供極佳的100 Ω信號(hào)路徑，與PCB上走線的阻抗匹配,。此外,，這種設(shè)計(jì)事實(shí)上省下了與保護(hù)二極管串聯(lián)的電感，因而將ESD事件起始階段的封裝引致電壓尖峰減至最小,。

電磁干擾(EMI)濾波：單端濾波器與共模濾波器(CMF)

安森美半導(dǎo)體提供兩種類型的EMI濾波器,，分別是單端濾波器及共模濾波器。單端濾波器采用不同陣列配置來(lái)制造,，用于并行接口,。這些濾波器包括用于音頻等低速信號(hào)的通用電阻-電容(RC)型濾波器和用于較高速度及功率敏感型接口的電感-電容(LC)型濾波器。低通濾波器提供700 MHz至最高6 GHz范圍的截止頻率,。截止頻率如圖8所示的S21圖所示,。單端濾波器無(wú)法滿足高速差分接口的需求。差分接口擁有固有的噪聲抑制,，但它們不能完全免受可能存在于來(lái)自外部源的共模噪聲的影響,，亦不能防止接口信號(hào)輻射至系統(tǒng)其它元件。

                           圖3：?jiǎn)味说屯V波器特性

這些應(yīng)用中能使用共模濾波器(CMF)來(lái)消除不想要的共模噪聲,，并防止高速信號(hào)輻射有害的共模噪聲信號(hào)至系統(tǒng)其它元件,。同時(shí)，CMF還使想要的高速數(shù)據(jù)事實(shí)上不受影響地通過(guò)。典型的CMF特性如圖4所示,，圖中顯示消除了共模噪聲,，同時(shí)支持差模信號(hào)無(wú)損通過(guò)。

圖4：共模濾波器特性

智能手機(jī)等便攜及消費(fèi)產(chǎn)品電路保護(hù)及濾波應(yīng)用示例

1)      USB 2.0接口濾波及保護(hù)

安森美半導(dǎo)體為USB 2.0接口提供適合1對(duì)高速線路及VCC的低電容ESD保護(hù)方案(如NUP4114UPX,、NUP4114UCL,、NUP4114H、ESD7L5.0及ESD9L5.0),，還提供適合1對(duì)高速線路及VCC的共模濾波器及ESD保護(hù)方案(EMI2121),，用于智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等便攜/無(wú)線產(chǎn)品中的USB 2.0接口,。

2)      USB 3.0接口ESD保護(hù)

智能手機(jī),、平板電腦等便攜/無(wú)線設(shè)備的功能越來(lái)越多、性能越來(lái)越強(qiáng),、存儲(chǔ)容量越來(lái)越大,，與外界的數(shù)據(jù)通信需求也越來(lái)越高。USB標(biāo)準(zhǔn)制定組織宣布,，速度是USB 2.0十倍的USB 3.0端口有望在2012年度或2013年初支持智能手機(jī)和平板電腦設(shè)備,。

安森美半導(dǎo)體為USB 3.0接口提供一系列方案，用于為2對(duì)超高速線路,、1對(duì)高速線路及VCC提供低電容ESD保護(hù),。這些方案包括ESD7008(保護(hù)8條線路、0.12 pF電容,、5.5 x 1.5 mm UDFN-18封裝),、ESD7104(保護(hù)4條線路、0.3 pF電容,、2.5 x 1.0 mm UDFN-10封裝),、ESD7004(保護(hù)4條線路、0.4 pF電容,、2.5 x 1.0 mm UDFN-10封裝)及ESD7L(保護(hù)2條線路,、0.5 pF電容、1.2 x 1.2 mm SOT-723封裝),。

3)      相機(jī)及顯示屏并行接口及串行接口保護(hù)

安森美半導(dǎo)體為相機(jī)及顯示屏并行接口和串行接口提供保護(hù)方案,。其中，適合4至12條線路并行接口的低通濾波器及ESD保護(hù)方案包括EMI720x系列,、EMI940x系列,、CM1693系列及CM1457系列；適合3至5對(duì)高速串行通道的共模濾波器及ESD保護(hù)方案包括EMI4182及EMI4183等,。這些產(chǎn)品可用于智能手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等應(yīng)用,。

4)      便攜產(chǎn)品HDMI端口濾波及保護(hù)

一些智能手機(jī)及平板電腦設(shè)計(jì)已經(jīng)開(kāi)始支持HDMI端口，配合用戶以更高速率傳輸音視頻數(shù)據(jù)的需求。安森美半導(dǎo)體提供適合于便攜產(chǎn)品HDMI端口濾波及保護(hù)的低阻抗共模濾波器(CMF),，適合為4對(duì)高速線路及最多6條額外接口線路提供低電容ESD保護(hù)及共模濾波,。

5)      消費(fèi)類產(chǎn)品HDMI及顯示屏端口保護(hù)

安森美半導(dǎo)體為消費(fèi)類產(chǎn)品HDMI及顯示屏端口提供不同類型的濾波及保護(hù)方案，包括適合4對(duì)高速線路,、最多6條額外線路的低電容ESD保護(hù)及共模濾波方案(EMI4182),，適合4對(duì)高速線路、最多6條額外線路的低電容ESD保護(hù)方案(ESD7004, MG2040),，以及適合4對(duì)高速線路,、最多6條額外線路、內(nèi)部阻抗匹配的ESD保護(hù)PicoGuard® XS,。

6)      智能手機(jī)等應(yīng)用的音頻濾波及保護(hù)

安森美半導(dǎo)體為揚(yáng)聲器/耳機(jī)、差分麥克風(fēng),、雙麥克風(fēng)等應(yīng)用提供相應(yīng)的EMI濾波器及ESD保護(hù)方案,，包括應(yīng)用于揚(yáng)聲器/耳機(jī)濾波及保護(hù)的NUF2441FC和NUF2450MU，以及用于差分/雙麥克風(fēng)濾波及保護(hù)的CM6200和CM6205等,。

總結(jié)：

設(shè)計(jì)人員需要為智能手機(jī),、平板電腦、數(shù)碼相機(jī)等便攜及無(wú)線,、消費(fèi)等應(yīng)用選擇適合的電路保護(hù)及濾波方案,。安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應(yīng)商，致力提供對(duì)目標(biāo)應(yīng)用具有最佳技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的保護(hù)及濾波方案,。本文分析了電路保護(hù)的技術(shù)趨勢(shì)及EMI濾技術(shù)比較,，并結(jié)合具體應(yīng)用示例，介紹安森美半導(dǎo)體相應(yīng)產(chǎn)品,，幫助設(shè)計(jì)人員選擇恰當(dāng)?shù)碾娐繁Ｗo(hù)及濾波方案,。

參考資料：

1、安森美半導(dǎo)體電路保護(hù)應(yīng)用網(wǎng)頁(yè),，www.onsemi.cn/PowerSolutions/content.do?id=16007

2,、《電路保護(hù)方案》小冊(cè)子，www.onsemi.cn/pub/Collateral/BRD8080CN.rev1.pdf

3,、”Circuit Protection Solutions Brochure”, www.onsemi.cn/pub/Collateral/BRD8080-D.PDF