TVS二极管与ESD静电抑制器产品的区别

2018-07-19 08:28:11 admin 15

便携式设备如笔记本电脑、手机、PDA、MP3 播放器等,由于频繁与人体接触极易受到静电放电(ESD)的冲击,如果没有选择合适的保护器件,可能会造成机器性能不稳定,或者损坏。更坏的情况是查不出确切的原因,使用户误认为是产品质量问题而损坏企业信誉。一般情况下,对此类设备暴露在外面可能与人体接触的端口都要求进行防静电保护,如键盘、电源接口、数据口、I/O 口等等。现在比较通用的ESD 标准是IEC61000-4-2,应用人体静电模式,测试电压的范围为2kV~15kV(空气放电),峰值电流最高为20A/ns,整个脉冲持续时间不超过60ns。在这样的脉冲下所产生的能量总共不超过几百个微焦尔,但却足以损坏敏感元器件。



TVS二极管的特点

一是反应迅速,使瞬时脉冲在没有对线路或器件造成损伤之前就被有效地遏制,二是截止电压比较低,更适用于电池供电的低电压回路环境。另外对TVS二极管设计的改进使其具有更低的漏电流和结电容,因而在处理高速率传导回路的静电冲击时有更理想的性能表现。

TVS二极管的优势

TVS二极管与齐纳二极管:与传统的齐纳二极管相比,TVS二极管P/N 结面积更大,这一结构上的改进使TVS具有更强的高压承受能力,同时也降低了电压截止率,因而对于保护手持设备低工作电压回路的安全具有更好效果。

TVS二极管与陶瓷电容:很多设计人员愿意采用表面贴装的陶瓷电容作ESD 保护,不但便宜而且设计简便,但这类器件对高压的承受力却比较弱。5kV 的冲击会造成约10%陶瓷电容失效,到10kV 时,损坏率达到60%,而TVS二极管可以承受15kV 电压。在手持设备的使用过程中,由于与人体频繁接触,各个端口必须至少能够承受8kV 接触冲击(IEC61000-4-2 标准),可见使用TVS二极管可以有效保证最终产品的合格率。

TVS二极管与MLV:多层金属氧化物结构器件(MLV)也可以进行有效的瞬时高压冲击抑制,此类器件具有非线性电压-电流(阻抗表现)关系,截止电压可达最初中止电压的2~3 倍,这种特性适合用于对电压不太敏感的线路和器件的保护,如电源回路。而TVS二极管具有更好的电压截止因子,同时还具有较低的电容,这一点对于手持设备的高频端口非常重要,因为过高的电容会影响数据传输,造成失真或是降级。

TVS二极管的各种表面封装均适合流水线装配的要求,而且芯片结构便于集成其它的功能,如EMI 和RFI过滤保护等,可有效降低器件成本,优化整体设计。另一个不能忽略的特点是二极管可以很方便地与其它器件集成在一个芯片上,现有很多将EMI 过滤和RFI 防护等功能与TVS 集成在一起的器件,不但减少设计所采用的器件数目降低成本,而且也避免PCB板上布线时易诱发的伴生自感。



ESD 应用

  1.底部连接器的应用

  底部连接器设计广泛应用在移动消费类产品上,目前市场上应用产品主要为移动电话、PDA、DSC(数码相机)以及MP3 等便携产品。由于是直流回路,可选用高电容器件。此端口可能会受到高能量的冲击,可以选用集成了TVS 和过流保护功能的器件。

  2 RJ-45(10/100M 以太网网络)

  RJ-45 接口广泛应用在网络连接的接口设备上,典型的应用就是10/100M 以太网网络。

  3. 视频线路的保护

  目前视频常见的输出端口设计有 D-SUB、DVI(28 线)、SCART(19 线)和D-TERMINAL(主要日系产品在用)。视频数据线具有高数据传输率,数据传输率高达480Mbps,有的视频数据传输率达到1G以上,因而要选择低电容LCTVS,它通常是将一个低电容二极管与TVS二极管串联,以降低整个线路的电容(可低于3pF),达到高速率回路的要求。

  4. SIM 卡数据线路保护

  SIM 卡数据线路保护一直是各个公司的产品重点,而且专门为此类端口设计的集ESD(TVS)/EMI/RFI 防护于一个芯片的器件,充分体现了片式器件的无限集成方案。在针对不同用途选择器件时,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,另外集成了其它功能的器件也应当首先考虑。

  5. USB 保护

  一般 USB 的ESD 保护分上行和下行两种情况。

  6. 音频/扬声器数据线路保护

  在音频数据线路保护方面,由于音频回路的信号速率比较低,对器件电容的要求不太高,100pF左右都是可以接受的。有的手机设计中将耳机和麦克风合在一起,有的则是分立线路。前一种情况可以选择单路TVS,而后一种情况如果两个回路是邻近的,则可以选用多路TVS 阵列,只用一个器件就能完成两个回路的保护。

  7. 按键/开关

  对于按键和开关回路,这些回路的数据率很低,对器件的电容没有特殊要求,用普通的TVS 阵列都可以胜任。



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