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超小型ESD保护器件在便携设备上的应用

作者:时间:2016-10-16来源:网络收藏

一、前言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201610/308027.htm

ESD被认为是电子产品质量最大的潜在杀手,影响产品的可靠性,静电防护也就成为电子产品质量控制的一项重要内容。最有效的ESD保护方法是设备的连接器或端口处放置外部保护元件。

0201尺寸的硅基ESD器件比上一代0402型的器件大约缩小了70%,能够为手机、MP3播放器、PDA和数码相机等便携式电子产品提供保护和提高其可靠性。上海英联电子推出的UM5051/5052是一款低容值(12pF)的ESD保护器件,实际大小仅为0.6mm x 0.3mm x 0.3mm,为设计师们在空间受限的应用中提供了灵活性。双向保护消除了在PCB板上安装时的方向限制,而且也不会损失负电平信号。

二、UM5051/5052的重要参数

英联的UM5051、UM5052具有低漏电流、低容值、低钳位电压等特点,DFN的封装可以有效的降低抛料率,降低成本,增加贴片效率。0201的超小封装,其ESD抗冲击性能达到了IEC 61000-4-2 (ESD) ±30kV (空气)和±25kV(接触)的标准。主要参数如表1所示:

表1 特性参数表

为方便理解参数,图1为单向ESD保护管的特性曲线图。

图1:单向ESD保护管特性曲线图

图2:ESD放电波形图

1、击穿电压VBR(Reverse Breakdown Voltage):在指定测试电流下ESD保护管发生雪崩击穿时的电压,它是ESD保护管最小的击穿电压。为了满足IEC61000-4-2标准,ESD保护管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的冲击,有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。上海英联电子的UM5051、UM5052,达到了IEC 61000-4-2 (ESD) ±30kV (空气)和±25kV(接触)的标准。

2、反向关断电压VRWM(Reverse Peak Working Voltage)和反向漏电流ID(Reverse Leakage

Current):指ESD保护管最大连续工作的直流或脉冲电压。UM5051/UM5052的VRWM值为5V,可以保护工作电压为5V的芯片。其反向漏电流小于1μA,对产品的功耗几乎没有影响。

3、箝位电压VC(Clamping Voltage)和最大峰值脉冲电流IPP(Maximum Reverse Peak Pulse Current)。当持续时间为20mS的脉冲峰值电流IPP流过ESD保护管时,在其两端出现的最大峰值电压为VC。

图3:ESD钳位电压波形图

4、额定脉冲功率Pppm(Peak Power Dissipation),指ESD保护管在指定结温下所能承受的最大峰值脉冲功率。

5、电容量C(Capacitance)。电容量C是由保护管的雪崩结截面决定的,是在特定的1MHz 频率下测得的。电容值太大将使信号衰减。高频回路一般选择电容应尽量小,当频率>100MHz时,C必须

三、ESD保护器件的种类

1、单向保护

下图为单向保护示意图,当干扰脉冲信号超过VRWM时,超过的部分被释放掉。

单向ESD保护管UM5051的反向端接被保护的线路,正向端接地。释放掉反向端输入的超过VRWM的ESD脉冲,使得脉冲高压不能进入到IC,从而起到保护IC的作用。

图6:单向保护示意图

2、双向保护

双向ESD保护管一端接要保护的线路,一端接地,无论来自反向还是来自正向的脉冲均被释放,更有效地保护了IC。下图为双向ESD保护器件UM5052的双向保护示意图。

图7:双向保护示意图

四、ESD应用举例

1、手机SIM卡线路保护

目前手机空间越来越有限,往往矩阵式的ESD保护管限制了走线,英联推出的0201超小封装ESD保护管UM5051使PCB的布局更加灵活,为设计师节省了宝贵的空间。而SIM卡属于经常热插拔器件,要避免使器件工作在其设计参数极限附近,还应根据被保护回路的特征及可能承受ESD冲击的特征选用反应速度足够快、敏感度足够高的器件,这对于有效发挥保护器件的作用十分关键。

图8:手机SIM卡ESD保护应用

2、便携产品音频数据线路保护

便携类产品以体积小备受消费者喜爱,在音频数据线路保护方面,英联推出的UM5052单路双向ESD保护管,0201的超小封装为设计师在有限的布板空间中提供了灵活性。由于音频信号传输速率比较低,因此对器件电容的要求不太高,100pF左右都是可以接受的。

图9:便携类产品音频数据ESD保护应用

3、 穿戴式产品按键线路保护

对于穿戴式产品来说,小巧、轻便、可靠性是设计师考虑的重点。人体的静电放电产品的影响就显得尤为重要了,按键和开关回路这些回路的数据率很低,对器件的电容没有特殊要求。英联推出的UM5051为此类产品提供了灵活简单的布线,而且其ESD抗冲击能力也达到了IEC 61000-4-2 (ESD) ±30kV (空气)和±25kV(接触)的标准。

除此之外,小型模块类的数据线路接口、WIFI模块、蓝牙模块、3G模块等,都非常适合使用0201封装的ESD,为产品提供可靠性的同时,也节省了印制板的空间。

五、0201封装ESD使用注意事项

1、ESD器件应与接口尽量接近,与被保护线路尽量接近,这样才会减少自感耦合到其它邻近线路上的机会。

2、尽量避免在保护线路附近走比较关键的信号线,尽量将接口安排在同一个边上。

3、避免被保护回路和未实施保护的回路并联,将接口信号线路和接地线路直接接到保护器件上,然后再进入回路的其它部分,将复位、中断、控制信号远离输入/输出口,远离PCB 的边缘。

4、各类信号线及其馈线所形成的回路,环绕面积要尽量小,必要时可考虑改变信号线或接地线的位置。

5、尽可能多的增加接地点。

6、静电电流通向电源模块的地要足够大和宽,通道要直接和通畅。一般要保证>=3mm,而且越宽越好。



关键词: ESD保护 便携设备

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