經(jīng)濟的飛速發(fā)展,人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化,生活水平的不斷提高,加速了人們對新事物的追求,于是就出現(xiàn)了各類電子產(chǎn)品,其中以便攜式電子產(chǎn)品使用最為廣泛和普遍,同時也是深受喜愛與追捧,便攜式設(shè)備如筆記本電腦、手機、PDA、MP3播放器等,然而便攜式電子產(chǎn)品在使用過程中卻出現(xiàn)了令大家始料未及的問題,那就是會產(chǎn)品ESD靜電,由于頻繁與人體接觸極易受到靜電放電(ESD)的沖擊,如果沒有選擇合適的靜電保護器件,可能會造成機器性能不穩(wěn)定,或者損壞。更壞的情況是查不出確切的原因,使用戶誤認為是產(chǎn)品質(zhì)量問題而損壞企業(yè)信譽。
電子產(chǎn)品一般情況下,對此類設(shè)備暴露在外面可能與人體接觸的端口都要求進行防靜電保護,如鍵盤、電源接口、數(shù)據(jù)口、I/O口等等。現(xiàn)在比較通用的ESD標準是IEC61000-4-2,應(yīng)用人體靜電模式,測試電壓的范圍為2kV~15kV(空氣放電),峰值電流最高為20A/ns,整個脈沖持續(xù)時間不超過60ns。在這樣的脈沖下所產(chǎn)生的能量總共不超過幾百個微焦爾,但卻足以損壞敏感元器件。
便攜式設(shè)備所采用的IC器件大多是高集成度、小體積產(chǎn)品,精密的加工工藝使硅晶氧化層非常薄,因而更易擊穿,有的在20V左右就會受到損傷。傳統(tǒng)的保護方法已不再普遍適用,有的甚至還會造成對設(shè)備性能的干擾。
TVS二極管的特點:
可用于便攜式設(shè)備的ESD保護器件有很多,例如設(shè)計人員可用分立器件搭建保護回路,但由于便攜設(shè)備對于空間的限定以及避免回路自感,這種方法已逐漸被更加集成化的器件所替代。多層金屬氧化物器件、陶瓷電容還有二極管都可以有效地進行防護,它們的特性及表現(xiàn)各有不同,TVS二極管在此類應(yīng)用中的獨特表現(xiàn)為其贏得了越來越大的市場。
TVS二極管最顯著的特點一是反應(yīng)迅速,使瞬時脈沖在沒有對線路或器件造成損傷之前就被有效地遏制,二是截止電壓比較低,更適用于電池供電的低電壓回路環(huán)境。另外對TVS二極管設(shè)計的改進使其具有更低的漏電流和結(jié)電容,因而在處理高速率傳導(dǎo)回路的靜電沖擊時有更理想的性能表現(xiàn)。
TVS二極管的優(yōu)勢:
TVS與齊納二極管:與傳統(tǒng)的齊納二極管相比,TVS二極管P/N結(jié)面積更大,這一結(jié)構(gòu)上的改進使TVS二極管具有更強的高壓承受能力,同時也降低了電壓截止率,因而對于保護手持設(shè)備低工作電壓回路的安全具有更好效果。
TVS二極管與陶瓷電容:很多設(shè)計人員愿意采用表面貼裝的陶瓷電容作ESD保護,不但便宜而且設(shè)計簡便,但這類器件對高壓的承受力卻比較弱。5kV的沖擊會造成約10%陶瓷電容失效,到10kV時,損壞率達到60%,而TVS可以承受15kV電壓。在手持設(shè)備的使用過程中,由于與人體頻繁接觸,各個端口必須至少能夠承受8kV接觸沖擊(IEC61000-4-2標準),可見使用TVS二極管可以有效保證最終產(chǎn)品的合格率。
TVS二極管與MLV:多層金屬氧化物結(jié)構(gòu)器件(MLV)也可以進行有效的瞬時高壓沖擊抑制,此類器件具有非線性電壓-電流(阻抗表現(xiàn))關(guān)系,截止電壓可達最初中止電壓的2~3倍,這種特性適合用于對電壓不太敏感的線路和器件的保護,如電源回路。而TVS二極管具有更好的電壓截止因子,同時還具有較低的電容,這一點對于手持設(shè)備的高頻端口非常重要,因為過高的電容會影響數(shù)據(jù)傳輸,造成失真或是降級。
TVS二極管的各種表面封裝均適合流水線裝配的要求,而且芯片結(jié)構(gòu)便于集成其它的功能,如EMI和RFI過濾保護等,可有效降低器件成本,優(yōu)化整體設(shè)計。另一個不能忽略的特點是TVS二極管可以很方便地與其它器件集成在一個芯片上,現(xiàn)有很多將EMI過濾和RFI防護等功能與TVS二極管集成在一起的器件,不但減少設(shè)計所采用的器件數(shù)目降低成本,而且也避免PCB板上布線時易誘發(fā)的伴生自感。
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