智能本是一種新興的能像手機一樣隨身攜帶和即開即用的新型上網(wǎng)本,，它在室外使用的幾率相當大，因此在ESD保護和雷擊保護方面必須進行特別的設計,。ESD保護和雷擊保護盡管同屬過壓保護范疇,，但它們的設計要求和挑戰(zhàn)卻有很大不同。為了給讀者在設計思路和解決方案選擇上有更清晰的指引,，本刊特別邀請到了臺灣晶炎科技股份有限公司研發(fā)部協(xié)理姜信欽博士與大家分享他的設計經(jīng)驗,。姜博士在這方面擁有28發(fā)明專利，是IEEE認可的電路保護專家,。
ESD保護和雷擊保護在設計要求上的最大差別是什么,？
答：雷擊事件所產(chǎn)生的噪聲是屬低頻(事件長度為20usec以上)但能量卻很大的噪聲,，所以雷擊保護組件的設計都著重在能宣泄大能量噪聲,，而非其反應速度上。ESD(靜電放電)事件所產(chǎn)生的噪聲是屬高頻(事件長度為60nsec以內(nèi))但能量很小的噪聲,，所以ESD保護組件的設計必須著重于其反應速度上,，唯有反應速度在10nsec以內(nèi)的保護元件才有ESD防護效果。
這兩種過壓保護的主要設計挑戰(zhàn)是什么,？
答：雷擊保護元件的設計挑戰(zhàn)在于要在有限的元件體積下,，能宣泄最大能量的雷擊噪聲，元件材料的選擇是設計重點,。ESD保護元件的設計挑戰(zhàn)則是在設計元件的快速反應速度與反應后的低導通阻抗,，唯有如此才能提供低箝制電壓來保護系統(tǒng)的正常運作，而此類元件的設計重點會是在元件結(jié)構(gòu)及其所用的工藝上,。
什么是實現(xiàn)這兩種過壓保護的最可靠或性價比最好的元件,？具體工程設計上要注意什么問題,？
答：雷擊保護元件目前還是以陶瓷材料所制作的元件(如壓敏電阻)為主，因為其成本低又能宣泄大能量的雷擊噪聲,。不過這類元件因其反應速度很慢(大于35nsec以上),，不可以同時拿來當ESD保護元件,。ESD保護元件現(xiàn)在則是以半導體材料與工藝所制作的元件為主，因為其保護效果最佳、元件可靠度也最佳,、成本也可因設計成陣列式而可降得很低。此外,，透過適當?shù)脑O計,，ESD保護元件也可以被拿來當較低能量的雷擊保護元件用(如小于40A的雷擊保護元件)。
要使一臺上網(wǎng)本或智能本成功地通過嚴格的IEC61000-4-2level-4ESD測試或認證,，你認為系統(tǒng)設計工程師應采取哪些電子和機械保護措施,？
答：因成本與重量的考量，目前的系統(tǒng)產(chǎn)品都被迫要采用大量的非導電材料來設計機構(gòu)與外觀,，這造成系統(tǒng)設計工程師沒有太多機械保護措施可用來設計一個完整,、安全的靜電放電路徑來保護系統(tǒng)。這時務必導入半導體式及陣列式的ESD保護元件,，結(jié)合有限的機械保護措施,，來設計出一個最低阻抗的靜電放電路徑，供ESD噪聲來通過,，這就如同是埋了一根避雷針在系統(tǒng)產(chǎn)品中一樣,。
要最經(jīng)濟地使USB2。0,、USB3,。0、HDMI1,。3,、DisplayPort、VGA和10/100M以太網(wǎng)接口滿足IEC61000-4-2Level-4要求,，應分別采用哪種類型的ESD保護組件,？它們應分別滿足的最低關鍵性能指標是多少？
答：第一,、要采用Array式的ESD保護組件,，這樣才可以用最少的組件數(shù)來縮小PCB的空間及降低PCB的寄生阻抗；第二,、ESD保護組件的線路電容要夠低,，如USB2。0需要用小于3pF,，USB3,。0需要用小于0,。3pF，HDMI1,。3需要用小于0,。6pF，DisplayPort也需要用小于0,。6pF,，VGA需要用小于2pF，10/100MLAN需要用小于3pF的ESD保護元件,；第三,、ESD保護元件的箝制電壓必須要夠低，才能使系統(tǒng)在ESD發(fā)生時還能不受干擾地運作,，至于要多低的箝制電壓才夠,，則要看系統(tǒng)的噪聲免疫能力而定，尚難訂出實際的值,，端看測試結(jié)果而知夠不夠低,。
要最經(jīng)濟地使電源接口滿足IEC61000-4-2Level-4要求，應采用什么類型的ESD保護元件,？它應滿足的最低關鍵性能指標是多少,？
答：IEC61000-4-2Level-4所定義的是ESD測試電壓值必須是接觸8KV、空氣放電15KV,，所以選用的ESD保護元件當然必須要能承受此級別的ESD轟擊而不會受破壞,，這是基本要求。但是真正重要的是,，產(chǎn)品的失效標準是選用哪一種,？在過去，Class-C(ESD轟擊后,，需手動復位)就足夠了,，但隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提升要求，現(xiàn)在都至少要求選用Class-B(ESD轟擊后,，系統(tǒng)會自動從異常動作恢復過來),，更甚者,，會要求選用Class-A(ESD轟擊后,，系統(tǒng)不會觀察到任何異常動作)當失效標準。這時,，還需以箝制電壓的高低來當作選用ESD保護元件的依據(jù),，愈低的箝制電壓會有機會過Class-A的ESD測試。所以,，ESD保護元件的關鍵性能指針就是其低箝制電壓,。
晶焱的ESD和雷擊保護組件與競爭對手相比,，最主要的賣點是什么？
答：晶焱科技的ESD和雷擊保護元件的賣點就在于其擁有最低的箝制電壓,，最低的箝制電壓就代表對系統(tǒng)運作的保護能力最強,。尤其是ESD的保護元件，晶焱科技是第一個強力介紹與建議系統(tǒng)設計工程師以ESD箝制電壓的高低當選用標準的,。因為,，有許多人會迷思在選用能承受愈高ESDlevel轟擊而不會損壞的保護元件，這就好像是在選用貼身保鑣一樣,，如果保鑣長得孔武有力,，但卻不愿為你擋刀子、擋槍彈,，那他對你就毫無保護效果,。ESD保護元件也是同樣道理，一個能承受很高的ESDlevel轟擊而不會損壞的保護元件,，若沒能提供夠低的ESD箝制電壓時,，當ESD轟擊系統(tǒng)時，常見的情況是,，ESD保護元件安然無恙,，但系統(tǒng)的一些主要IC已被打壞。
您會建議系統(tǒng)設計工程師如何選用具有低ESD箝制電壓的ESD保護組件,？
答：要比較兩個ESD保護組件的箝制電壓高低,，如果直接利用靜電槍來轟擊ESD保護組件，再用示波器來觀察,，是不容易觀察出其高低,，因為示波器上會看到很多高頻噪聲會把兩個ESD保護組件的電壓變化掩蓋住。因此正確的比較方式是利用TransmissionLinePulsing(TLP)System來間接量出兩個ESD保護組件箝制電壓高低,。利用TLP量到擁有較低箝制電壓的ESD保護組件,，對系統(tǒng)的保護效果會較佳。晶焱科技是第一家向系統(tǒng)設計工程師介紹此種選用方式,，并成功讓許多系統(tǒng)設計工程師透過此方式一次就選用到適用的ESD保護組件,，節(jié)省下許多系統(tǒng)的ESD設計與測試時間。
