中心議題：

• 安森美低電容、高鉗位ESD保護器件介紹
• 安森美大浪涌額定能力的晶閘管浪涌保護器件(TSPD)系列介紹
• 安森美上海電路保護應用測試實(shí)驗室介紹

解決方案：

• TVS相對壓敏電阻嵌位電壓更低時(shí)更適合的ESD保護器件
• 安森美新的ESD保護技術(shù)平臺電容低至0.5pF，適合USB2.0、HDMI的高速接口的ESD保護
• TSPD導通速度快、電壓精度高和電流能力高且不存在功率限制，可對瞬時(shí)浪涌提供極佳的保護

不管是設計手機還是工業(yè)電信系統，電子制造商要實(shí)現可靠的系統操作，降低產(chǎn)品的返修或退貨比例，保護那些提供系統功能性的復雜IC非常重要。此外，在全球化時(shí)代，電子系統制造商的產(chǎn)品很可能面對多個(gè)國家或地區乃至全球市場(chǎng)，可能需要符合不同的國際性系統級保護規范標準，這對系統制造商所具備的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗也帶來(lái)了挑戰。

針對電子系統制造商所面臨的這些挑戰，作為全球首選的高性能電路保護解決方案供應商，安森美半導體設立了專(zhuān)門(mén)的“保護和控制”業(yè)務(wù)部門(mén)，提供極寬范圍的電路保護器件，覆蓋從便攜消費產(chǎn)品(手機)、計算機外設(硬盤(pán)驅動(dòng)器)、電信和網(wǎng)絡(luò )設備、汽車(chē)電子和工業(yè)等應用領(lǐng)域，既能提供針對低能量的ESD保護，也能提供針對高能量瞬態(tài)浪涌事件的晶閘管浪涌保護器件(TSPD)保護。此外，安森美半導體還積極幫助客戶(hù)解決他們所面臨的過(guò)壓保護難題，在中國上海設立美國之外第一家、也是全球第二家的電路保護應用測試實(shí)驗室，憑借經(jīng)驗豐富的技術(shù)專(zhuān)家和全套一流設備，幫助客戶(hù)在將產(chǎn)品送交相關(guān)機構進(jìn)行認證之前就對這些產(chǎn)品在遵從各種國際電路保護規范標準方面進(jìn)行測試，并建議電路保護解決方案。

業(yè)界領(lǐng)先的低電容、高鉗位ESD保護器件
隨著(zhù)消費者對手機、MP3播放器、便攜式媒體播放器等便攜電子產(chǎn)品的功能性提出更高的要求，這些產(chǎn)品的I/O端口越來(lái)越多。以手機為例，鍵區、揚聲器、SIM卡、電池接頭、音量鍵、語(yǔ)音鍵和充電器接口等都可能成為潛在的ESD進(jìn)入點(diǎn)。

為了應對ESD給芯片所可能帶來(lái)的潛在損傷，業(yè)界常用的做法是在敏感的CMOS芯片附近施加外圍的ESD保護元件。外圍的ESD保護元件將較高的ESD電壓在短時(shí)間內鉗位至較低的電壓，從而確保氧化物擊穿電壓不會(huì )被超過(guò)。具體的做法就是在電子系統的連接器或端口處放置ESD保護元件，使得電流流經(jīng)保護元件，且不流經(jīng)敏感元件，以維持敏感元件的低電壓，使其免受ESD應力影響，進(jìn)而有效控制ESD事件的發(fā)生。

在ESD保護元件的選擇方面，目前常用的ESD保護元件有壓敏電阻、聚合物和瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管。聚合物和陶瓷壓敏電阻等外保護技術(shù)提供低電容，但它們的高ESD鉗位電壓限制了其保護極敏感IC免受ESD損傷的能力。相比較而言，TVS元件，特別是安森美半導體的TVS元件具有極低的鉗位電壓，且在多重應力條件下仍能維持優(yōu)異性能，是一種更為理想的ESD保護元件。

安森美半導體近期更推出新的ESD保護平臺ESD9L，使用了突破性的工藝技術(shù)(其結構圖如圖1所示)，將超低電容PIN二極管和大功率TVS二極管集成在單個(gè)裸片上，能夠用作高性能片外ESD保護解決方案。值得注意的是，ESD9L集成了3個(gè)元件，為正向和反向ESD沖擊提供電路保護，且客戶(hù)仍只須將其用作單個(gè)元件。

圖1：安森美半導體采用SOD-923封裝的硅TVS二極管的演進(jìn)。

這新的集成型ESD保護技術(shù)平臺既保留了傳統硅TVS二極管技術(shù)的卓越鉗位和低泄漏性能，又將電容從50 pF大幅降低至0.5 pF。0.5 pF的總電容使ESD9L適用于USB2.0高速(480 Mbps)和高清多媒體接口(HDMI)(1.65 Gbps)等高速應用。根據IEC61000-4-2的標準，ESD9L將輸入的15 kV ESD波形在數納秒(ns)內迅速鉗位至不到7 V。這鉗位電壓性能領(lǐng)先業(yè)界，為最敏感的IC確保提供保護。此外，ESD9L還維持了極小的裸片尺寸，使其能夠適合尺寸僅為1.0 mm × 0.6 mm × 0.4 mm的SOD-923封裝。這種超小單線(xiàn)ESD保護封裝為設計人員提供極大的尺寸靈活性。超小型封裝加上領(lǐng)先的超低電容和極低鉗位電壓，使ESD9L成為手機、MP3播放器、PDA和數碼相機等空間受限型產(chǎn)品的高速應用首選解決方案。

與水平最接近的競爭對手的硅ESD保護器件相比，安森美半導體的ESD9L能在更短的時(shí)間內將ESD電壓鉗位至更低的水平(如圖2所示)，體現出較大的性能優(yōu)勢，在高速數據應用不僅能夠很好地提供ESD保護，同時(shí)還能保持高速數據信號的數據完整性。


圖2：安森美半導體ESD9L的ESD保護性能明顯優(yōu)越于競爭器件。

總的來(lái)看，按照TVS電容與傳輸速率的不同，安森美半導體將便攜應用的ESD保護元件市場(chǎng)劃分為三個(gè)區域。第一是標準ESD保護，滿(mǎn)足大功率(高于100瓦)、最低鉗位電壓要求，適用于鍵區、按鈕、電池接頭、充電器接口、旁鍵等的保護，TVS電容在1,000 pF至100 pF之間；第二是高速ESD保護，要求數據傳輸率更快、低電容，應用于USB1.1、USB2.0FS、FM天線(xiàn)、SIM卡和音頻線(xiàn)路等，TVS電容在40 pF至5 pF；第三個(gè)是超高速ESD保護，如USB2.0HS (低于1 pF)、HDMI、RF天線(xiàn)等，TVS電容在5 pF以下，電容值與鉗位相反。 針對這些應用領(lǐng)域，安森美半導體都能提供客戶(hù)所需的硅ESD保護器件，滿(mǎn)足客戶(hù)對不同性能等級的需求。

具有大浪涌額定能力的晶閘管浪涌保護器件(TSPD)系列
隨著(zhù)消費者對更高網(wǎng)絡(luò )帶寬以及對視頻和集成語(yǔ)音、數據的業(yè)務(wù)需求的增長(cháng)，全球電信產(chǎn)業(yè)在大力推動(dòng)著(zhù)FTTx(光纖到家庭、路邊、建筑物等)、數字環(huán)路載波(DLC)、數字用戶(hù)線(xiàn)路接入復用器(DSLAM)、千兆位無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )(GPON) 、ADSL2+及VDSL等業(yè)務(wù)的部署。除了位于中心局(CO)的設備，業(yè)界也需要注意遠離中心局的邊緣網(wǎng)絡(luò )設備，后者往往也有著(zhù)苛刻的保護要求。

對于這些設備而言，它們可能受到三類(lèi)過(guò)載的影響。這三類(lèi)過(guò)載狀況包括：

• 靜電放電: 普通人對此最為熟悉，如在干燥天氣接觸汽車(chē)時(shí)就可能遇到；這些屬于低功率浪涌。這種情況可通過(guò)持續時(shí)間短(數納秒)的波形來(lái)定義。
• 閃電浪涌: 這些屬于大功率浪涌，雷電期間電力線(xiàn)和電信線(xiàn)路所感應的極高電壓會(huì )引發(fā)這種后果。這種情況可采用中等持續時(shí)間(數十微秒)的波形來(lái)定義。
• 電力故障: 由于電信線(xiàn)路和電力線(xiàn)可能物理接近，電話(huà)線(xiàn)上能夠感應交流電壓。這種情況可用50 Hz或60 Hz(可長(cháng)達15分鐘)波形來(lái)定義。

圖3：電信設備可能遭受的3種過(guò)載情況。

需要指出的是，浪涌等級不僅跟國家有關(guān)，還跟設備所在地點(diǎn)有關(guān)。不管是中心局的設備，還是用戶(hù)端設備，都需要進(jìn)行保護，且每個(gè)國家或地區都可能有自己的保護標準。



圖4：常見(jiàn)電信保護標準。

面向這些狀況進(jìn)行過(guò)壓保護的器件包括氣體放電管(GDT)、金屬氧化物壓敏電阻(MOV)、瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)和晶閘管浪涌保護器件(TSPD)等。這些器件各有特點(diǎn)，但TSPD綜合了導通速度快、電壓精度高和電流能力高等優(yōu)點(diǎn)，且不存在功率限制，對瞬時(shí)浪涌提供極佳的保護。

安森美半導體提供一系列適合電信應用的TSPD，如用于線(xiàn)卡保護的TVS二極管和保護電信應用中各種敏感電子電路的TSPD等。安森美半導體的NPxx系列系列的44款器件為中心局(CO)、接入端和用戶(hù)前端設備中的電信電路提供過(guò)壓保護，可防止閃電、感應和電力線(xiàn)交叉等情況給敏感電路帶來(lái)的潛在過(guò)壓損傷。這系列器件的應用包括調制解調器(MODEM)、住宅網(wǎng)關(guān)、數字用戶(hù)線(xiàn)路接入復用器(DSLAM)和集成語(yǔ)音數據(IVD)卡。

這44款新的NPxxx器件是大浪涌電流TSPD，保護電壓范圍從64到350伏(V)之間，提供額定浪涌電流為50、80和100安培(A)等不同版本。這些器件限制電壓，并將浪涌電流轉移至地。它們屬于雙向保護器件，因此能夠在一個(gè)封裝中提供兩個(gè)器件的功能，節省出電路板彌足珍貴的空間?；旧?，這些器件在過(guò)壓發(fā)生時(shí)進(jìn)行“消弧”將可能帶來(lái)潛在損傷的電能轉移出敏感電路或器件。一旦瞬態(tài)過(guò)壓狀況過(guò)去，這些器件就會(huì )恢復到它們正常的“關(guān)閉”或透明狀態(tài)，并且無(wú)形地在電路正常工作中發(fā)揮功能。這些TSPD沒(méi)有耗損特性，在快速瞬態(tài)情況下提供穩定的性能特征，確保設備可靠持續地操作。

這些器件同時(shí)提供受業(yè)界青睞的5.40 mm×3.5 mm DO-214AA表面貼裝封裝(SMB)和強韌的DO-15軸向引線(xiàn)封裝，可靠且經(jīng)濟。用作次級保護電路的一部分時(shí)，這些器件將電能轉移出受保護電路來(lái)提供過(guò)壓保護。NPxx器件獲UL497A認證，在電子應用中采用這些器件就能夠符合GR-1089-CORE、ITU K.20/K.21/K.45、IEC 61000-4-5、IEC 60950、YD/T 993、YD/T 950和YD/T 1082等不同規范的要求。

強大的電路保護技術(shù)支持和規范標準遵從性測試
安森美半導體除提供高、低能量的過(guò)壓電路保護解決方案外，還為客戶(hù)提供強大的技術(shù)支持，幫助客戶(hù)理解產(chǎn)品在實(shí)際環(huán)境和產(chǎn)品測試環(huán)境兩方面的電氣原理經(jīng)驗，并指導系統設計人員在選擇保護解決方案時(shí)做到最好的技術(shù)指標兼顧成本考慮。

設在中國上海的新電路保護應用測試實(shí)驗室主要為手機和DSL調制解調器等便攜消費產(chǎn)品和電信設備提供過(guò)壓保護解決方案。這配備了最新設備的實(shí)驗室設有經(jīng)驗豐富的安森美半導體工程師，他們深切了解最新的電路保護應用相關(guān)的規范要求。他們在ESD和大功率浪涌瞬態(tài)問(wèn)題上的專(zhuān)門(mén)技術(shù)和知識, 將幫助客戶(hù)在他們正式向相關(guān)機構申請認證之前, 為其應用的電路保護作更好的評估。

安森美半導體的實(shí)驗室能進(jìn)行多種ESD和浪涌事件測試來(lái)評估電子元件、子系統或終端產(chǎn)品，確定它們容易受故障和損傷的影響程度。有關(guān)測試元件和產(chǎn)品性能的測試結果將寫(xiě)作報告，反饋給客戶(hù)，并就如何更好地符合規范標準提出意見(jiàn)和建議。


圖5：安森美半導體新的電路保護應用測試實(shí)驗室提供多種ESD和浪涌事件測試。

安森美半導體保護產(chǎn)品業(yè)務(wù)總監Gary Straker說(shuō)：“在亞太區內新設這家電路保護應用測試實(shí)驗室讓安森美半導體能夠更進(jìn)一步地提供多種測試和咨詢(xún)服務(wù)給客戶(hù)。這實(shí)驗室將為那些需要處理電路保護應用相關(guān)規范標準的客戶(hù)提供幫助。亞太地區的客戶(hù)將因我們所提供的測試服務(wù)能力而節省時(shí)間和金錢(qián)，最終將使他們能更快地把產(chǎn)品面市。”

這電路保護應用測試實(shí)驗室能夠進(jìn)行符合IEC 61000-4-4、IEC 61000-4-5、IEC 61000-4-11、ANSI/IEEE C62.41、UL 864、UL 1449、FCC Part 68、ITU Rec. K.17、K.20、K.21和K.45 Telcordia GR1089-CORE等業(yè)界規范標準的多種浪涌測試。除了廣泛的測試能力，這實(shí)驗室還協(xié)助客戶(hù)解決應用問(wèn)題、設定保護器件借鑒標準、鑒定性能以及建議新保護器件等。
安森美半導體標準產(chǎn)品部亞太區市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)副總裁麥滿(mǎn)權說(shuō)：“中國是安森美半導體發(fā)展速度最快的市場(chǎng)，安森美半導體將公司在全球第二家的電路保護應用測試實(shí)驗室設立在中國這一戰略性舉措，進(jìn)一步貫徹我們對中國乃至整個(gè)亞太地區客戶(hù)的承諾。”

總結
作為全球領(lǐng)先的高性能電路保護半導體解決方案供應商，安森美半導體提供范圍寬廣的電路保護解決方案，其中既包括能量等級相對較低ESD保護器件(如最新具有極低鉗位電壓、極低電容和超小封裝的ESD9L平臺)，也包括能量等級相對較高的TSPD瞬態(tài)浪涌保護器件(如最新的NP系列)。此外，安森美半導體還積極幫助客戶(hù)解決他們所面臨的電路保護難題，在中國上海啟用的電路保護應用測試實(shí)驗室能夠為中國乃至亞太地區的客戶(hù)在遵從有關(guān)業(yè)界規范標準方面發(fā)揮作用，幫助客戶(hù)在將產(chǎn)品送至相關(guān)機構認證前就確定保護器件在故障和損傷條件下的受影響情況，再結合安森美半導體提供的意見(jiàn)和建議，幫助客戶(hù)更好地符合各種電路保護規范標準，進(jìn)而加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。