對于電子產(chǎn)品而言，保護電路是為了防止電路中的關(guān)鍵敏感型器件受到過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等沖擊的損害。保護電路的優(yōu)劣對電子產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命至關(guān)重要。隨著(zhù)消費類(lèi)電子產(chǎn)品需求的持續增長(cháng)，更要求有強固的靜電放電(ESD)保護，同時(shí)還要減少不必要的電磁干擾(EMI)/射頻干擾(RFI)噪聲。此外，消費者希望最新款的消費電子產(chǎn)品可以用小尺寸設備滿(mǎn)足越來(lái)越高的下載和帶寬能力。隨著(zhù)設備的越來(lái)越小和融入性能的不斷增加，ESD以及許多情況下的EMI/RFI抑制已無(wú)法涵蓋在驅動(dòng)所需接口的新一代IC當中。
另外，先進(jìn)的系統級芯片(SoC)設計都是采用幾何尺寸很小的工藝制造的。為了優(yōu)化功能和芯片尺寸，IC設計人員一直在不斷減少其設計的功能的最小尺寸。IC尺寸的縮小導致器件更容易受到ESD電壓的損害。
過(guò)去，設計人員只要選擇符合IEC61000-4-2規范的一個(gè)保護產(chǎn)品就足夠了。因此，大多數保護產(chǎn)品的數據表只包括符合評級要求。由于集成電路變得越來(lái)越敏感，較新的設計都有保護元件來(lái)滿(mǎn)足標準評級，但ESD沖擊仍會(huì )形成過(guò)高的電壓，有可能損壞IC。因此，設計人員必須選擇一個(gè)或幾個(gè)保護產(chǎn)品，不僅要符合ESD脈沖要求，而且也可以將ESD沖擊鉗位到足夠低的電壓，以確保IC得到保護。
圖1：美國靜電放電協(xié)會(huì )(ESDA)的ESD保護要求
先進(jìn)技術(shù)實(shí)現強大ESD保護
安森美半導體的ESD鉗位性能備受業(yè)界推崇，鉗位性能可從幾種方法觀(guān)察和量化。使用幾個(gè)標準工具即可測量獨立ESD保護器件或集成器件的ESD鉗位能力，包括ESD保護功能。第一個(gè)工具是ESD IEC61000-4-2 ESD脈沖響應截圖，顯示的是隨時(shí)間推移的鉗位電壓響應，可以看出ESD事件中下游器件的情形。
圖2：ESD鉗鉗位截圖
除了ESD鉗位屏幕截圖，另一種方法是測量傳輸線(xiàn)路脈沖(TLP)來(lái)評估ESD鉗位性能。由于ESD事件是一個(gè)很短的瞬態(tài)脈沖，TLP可以測量電流與電壓(I-V)數據，其中每個(gè)數據點(diǎn)都是從短方脈沖獲得的。TLP I-V曲線(xiàn)和參數可以用來(lái)比較不同TVS器件的屬性，也可用于預測電路的ESD鉗位性能。
圖3：典型TLP I-V曲線(xiàn)圖
安森美半導體提供的高速接口ESD保護保護器件陣容有兩種類(lèi)型。第一類(lèi)最容易實(shí)現，被稱(chēng)為傳統設計保護。在這種類(lèi)型設計中，信號線(xiàn)在器件下運行。這些器件通常是電容最低的產(chǎn)品。
另一類(lèi)是采用PicoGuard® XS技術(shù)的產(chǎn)品。這種類(lèi)型設計使用阻抗匹配(Impedance Matched)電路，可保證100 Ω的阻抗，相當于電容為零。這類(lèi)設計無(wú)需并聯(lián)電感，有助于最大限度地減少封裝引起的ESD電壓尖峰。
圖4：傳統方法與PicoGuard® XS設計方法的對比
安森美半導體的保護和濾波解決方案均基于傳統硅芯片工藝技術(shù)。相比之下，其它類(lèi)型的低成本無(wú)源解決方案使用的是陶瓷、鐵氧體和多層壓敏電阻(MLV)組合的材料。這類(lèi)器件通常ESD鉗位性能較差。在某些情況下，傳遞給下游器件的能量可能比安森美半導體解決方案低一個(gè)量級。一些采用舊有技術(shù)的產(chǎn)品甚至可能在小量ESD沖擊后出現劣化并變得更糟。由于其材料性質(zhì)，一些無(wú)源器件往往表現出溫度的不一致性，從而降低了終端系統在標準消費溫度和環(huán)境溫度范圍內運行的可靠性。
必須兼顧其它特性
ESD和EMI解決方案可防止不要的信號干擾系統的整體性能。在系統正常運行期間，保護器件還必須保持給定接口良好的信號完整性，換言之它應該是完全“透明”的。安森美半導體的器件適用于運行和保護當今最常用的消費類(lèi)電子系統接口。通常，使用S參數插入損耗曲線(xiàn)即可測量信號完整性的影響，濾波器解決方案還可以測量濾波器的響應情況，也可以用眼圖測量信號完整性(尤其是高速器件)，以證明在無(wú)干擾正常運行期間器件可實(shí)現的最大數據傳輸速率。
安森美半導體有兩個(gè)基本類(lèi)型的EMI濾波器。第一類(lèi)是用于并行接口的各種陣列配置的單端低通濾波器；分為傳統和通用電阻-電容(RC)版本，以及適用于高速度和功耗敏感接口的電感-電容(LC)版本。
圖5：?jiǎn)味说屯V波器特性
根據規格，每個(gè)元件都有一個(gè)通帶范圍。這些器件的可截止高頻范圍從700 MHz至6 GHz。
第二類(lèi)EMI濾波器適用于高速串行接口，功能超過(guò)了典型低通濾波器。這類(lèi)接口是具有固有噪聲抑制的差分信號路徑，但不會(huì )完全免疫來(lái)自外部源的共模噪聲，或阻止來(lái)自輻射到系統其他部分的接口信號。
圖6：共模濾波器(CMF)特性
受保護的共模濾波器(pCMF)可以用來(lái)消除不必要的共模噪聲，也可以防止輻射的有害共模噪聲信號從高速接口進(jìn)入系統的其它部分。同時(shí)，它還可以使高速數據通道幾乎不受干擾。
除了ESD沖擊保護，安森美半導體還提供防止由雷擊或功率交叉(power-cross)故障造成浪涌沖擊的解決方案。各種消費電子和電信/網(wǎng)絡(luò )設備中的通用接口都是符合10/100BASE-T和1000BASE-T以太網(wǎng)協(xié)議的RJ45接口，其浪涌額定值往往是室內標準。這些接口由四對差分數據線(xiàn)組成，每根線(xiàn)可傳輸最高250 Mbps的數據速率。這類(lèi)接口的保護需要確保橫向(金屬性)浪涌沖擊不致?lián)p壞敏感的下游芯片（如物理層）。這是通過(guò)線(xiàn)至線(xiàn)(每對線(xiàn))連接分流保護元件(shunt protection element)來(lái)轉移進(jìn)入的浪涌能量實(shí)現的。
對于較低數據速率(10/100BASE-T)的應用，安森美半導體提供了一種稱(chēng)為T(mén)SPD(晶閘管浪涌保護器件)的消弧(crowbar)器件組合，以及用于類(lèi)似ESD保護的鉗位器件。TSPD可提供低鉗位電壓的優(yōu)勢，并具有較高的浪涌電流能力。例如，這些器件可以滿(mǎn)足GR-1089 10/1000 μs標準的要求，因此適合初級端或次級端的保護，也被稱(chēng)為“線(xiàn)端”保護。TVS(瞬態(tài)抑制二極管)鉗位器件支持8/20 μs脈沖的浪涌級別，通常用于第三級(tertiary)或PHY側以捕獲并安全地消除任何殘余浪涌脈沖。
典型電路保護應用示例
智能手機應用是一種比較典型的保護應用，安森美半導體的解決方案包括數據濾波器、ESD保護二極管及陣列和電壓保護器件等。消費和便攜式應用的USB2.0保護包括高速對、VCC和低電容ESD保護；而USB 3.0則有兩個(gè)超高速對和一個(gè)高速對，以及VCC、低電容ESD保護。eSATA接口有兩個(gè)高速對和低電容ESD保護。
圖7：智能手機框圖及需要保護的I/O接口(見(jiàn)右下側淺藍色背景區域)
針對4至12線(xiàn)的攝像頭和顯示器的并行接口，安森美半導體有低通LC濾波器+ ESD保護器件，以及3至5個(gè)高速串行通道的共模濾波器+ ESD保護。對于便攜式HDMI、消費類(lèi)HDMI/顯示端口，可以采用四個(gè)高速對、多達6個(gè)額外接口線(xiàn)、低電容ESD+共模濾波器方案。
此外，安森美半導體的保護應用還包括音頻(音箱/耳機)、SD接口、SIM卡、鍵盤(pán)EMI抑制、以太網(wǎng)，以及T1/E1、T3/E3和xDSL端口等，可以滿(mǎn)足消費類(lèi)電子產(chǎn)品對強大ESD保護及減少EMI/RFI噪聲的更高要求。
應用于便攜及消費應用接口的強大ESD保護及EMI濾波產(chǎn)品陣容
安森美半導體身為全球高能效電子產(chǎn)品的首要硅方案供應商，在電路保護市場(chǎng)高居第一，為便攜及無(wú)線(xiàn)、消費、計算機及外設、汽車(chē)及電信等市場(chǎng)提供豐富多樣的ESD保護及EMI/RFI濾波產(chǎn)品。表1和表2分別列出了安森美半導體應用于便攜應用接口及消費應用接口的ESD保護及EMI濾波方案，客戶(hù)可以根據實(shí)際應用需求選擇適合的方案。
表1：安森美半導體便攜應用接口ESD保護及EMI濾波方案
表2：安森美半導體消費應用接口ESD保護及EMI濾波方案
總結：
安森美半導體在電路保護居于全球領(lǐng)袖地位，其中領(lǐng)先的ESD保護產(chǎn)品包括：業(yè)界最低電容、極低鉗位電壓的傳統ESD保護方案；在市場(chǎng)上率先推出的相當于提供零電容的PicoGuard XS保護方案；以及同樣是在市場(chǎng)上率先推出的集成ESD保護的共模濾波器方案。這些高集成度保護方案幫助客戶(hù)保護其產(chǎn)品中速度越來(lái)越高的敏感芯片組，并減少電路板占用空間。
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