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谈谈静电击穿:电子产品ESD/EMI的保护设计

导读: 生活中常有一些经验:有些电子产品刚买回去时还好好的,用了一阵子突然莫名奇妙地坏掉了。其实往往是因为静电将你的电子产品里的功能芯片给击穿、烧毁了,导致功能芯片失效。因为静电保护组件的价格很低,置入静电保护组件的成本增加很少,却可以大幅增加产品的可靠度,减少了大部分的退换货需求。

  另外一种会造成电子产品受伤的是,智能型手机由于系统复杂度高,所有硬件又都集中在极小空间中,电磁干扰经常造成系统讯号不良/讯号译码错误,严重的还会造成系统当机。由于电子系统内部讯号传输的频率速度越来越高,电磁干扰的问题也越来越严重。解决的方案就是在系统的各种讯号传输线上面针对讯号干扰的频段加入滤波器。传统上可以使用一阶或二阶RC/LC滤波器将所需要的讯号滤出来就可以了。近年来由于电子系统小型化趋势,这些常用的滤波器都已经制作成,提供有效的小型化解决方案。

  同样的以智能型手机为例,手机上由于天线接收GSM、3G、WLAN及GPS讯号,这些讯号会通过天线模块传入核心芯片(CPU),而核心芯片又转换出影像与声音讯号传到各影音子系统上。这些讯号都集中在很短的距离内完成,不同的讯号线间通常距离在零点几公分的距离内,很容易使得这些频率(或其谐波)互相干扰。这些干扰现象可以用滤波器将会干扰的讯号去除,以得到清晰的讯号。例如送到银幕的讯号常会干扰天线收到的GSM讯号,造成天线的接收敏感度下降,典型的做法就是在影像讯号端加上滤波器把1.8GHz频段的讯号滤掉。

图二所示是在智能型手机中比较容易发生电磁干扰的讯号。

  仔细比较上图一和图二,你会发现几乎所有会发生EMI问题的地方都有机会发生ESD问题。这时静电保护装置与滤波器整合在单芯片中就能带来大好处,因为这样的芯片不但提供讯号滤波功能也提供静电保护功能,提供更完整的保护效果。这样不仅节省了上的面积也降低了生产的成本。这样的芯片主要是选用DFN或CSP等超小型封装以配合产品轻薄短小的趋势。

  需要强调的是,纵然手机机壳具、电路板设计各有不同,静电防护芯片却是不可或缺的,EMI滤波器也是必须的。只有受到完整保护的智能型手机才能真正提供消费者可靠的手机功能,否则手机上数据随时可能因为静电的袭击而瞬间化为乌有,也有机会因为(EMI)讯号干扰而失效。智能型手机如果在设计时能将静电与电磁干扰防护效应加入考虑,手机的可靠度也可以达到世界级的水平。其实手机的可靠度往往也就决定在这几颗不起眼又很便宜的静电与电磁干扰保护IC。

    因为静电保护组件的价格很低,置入静电保护组件的成本增加很少,却可以大幅增加产品的可靠度,减少了大部分的退换货需求。因此减少终端客户因为ESD/EMI现象造成的退换货已经是各厂商必须考虑的重点。