導(dǎo)讀：在便攜產(chǎn)品往更小尺寸、更加智能、更低功耗和更多功能的方向發(fā)展的同時(shí)， 產(chǎn)品的可靠性和安全問題也承受越來越多的考驗(yàn)，尤其是更多的人機(jī)交互界面增加了ESD(靜電釋放)風(fēng)險(xiǎn)。本文以智能手機(jī)ESD防護(hù)為例，分析TVS(瞬態(tài)電壓抑制器)在智能手機(jī)觸控面板模組、顯示模組LCD接口、NFC天線部分、實(shí)體按鍵部分、電源系統(tǒng)部分的應(yīng)用案例。
下面分別介紹TVS在智能手機(jī)各個(gè)模組中實(shí)現(xiàn)ESD防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)用。
便攜設(shè)備對(duì)電路保護(hù)方案的需求正在迅速增長(zhǎng)，本文以智能手機(jī)ESD防護(hù)為例，解析TVS元件在智能手機(jī)各個(gè)模組中的應(yīng)用。
在便攜產(chǎn)品往更小尺寸、更加智能、更低功耗和更多功能的方向發(fā)展的同時(shí)， 產(chǎn)品的可靠性和安全問題也承受越來越多的考驗(yàn)，尤其是更多的人機(jī)交互界面增加了ESD(靜電釋放)風(fēng)險(xiǎn)。本文以智能手機(jī)ESD防護(hù)為例，分析TVS(瞬態(tài)電壓抑制器)在智能手機(jī)各個(gè)模組的應(yīng)用案例。
據(jù)晶焱科技股份有限公司副總經(jīng)理姜信欽介紹，ESD進(jìn)入手機(jī)有兩種途徑，第一種途徑是以電磁波干擾的形式，特別是在手機(jī)外殼接地設(shè)定不是非常好的情況下，外部ESD會(huì)在手機(jī)外殼上儲(chǔ)存電荷，當(dāng)電荷積累到一定程度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電位，進(jìn)而產(chǎn)生電磁波干擾。手機(jī)內(nèi)部采用CMOS制程的IC很容易受這個(gè)干擾而發(fā)生閂鎖效應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐呻娫磁c地之間短路。第二種途徑是靜電電流通過手機(jī)外殼直接流入PCB板，導(dǎo)致IC內(nèi)部的晶體管損壞。所以，在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候必須采用TVS元件來實(shí)現(xiàn)對(duì)ESD的防護(hù)，而TVS元件要達(dá)到隔絕ESD的效果，必須成功實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能。一是將電流引入到地，避開受保護(hù)的IC；二是TVS元件兩端電壓必須箝制在系統(tǒng)可接受的值以下，箝制電壓越低保護(hù)功能越好。
姜信欽認(rèn)為， ESD風(fēng)險(xiǎn)存在于智能手機(jī)的各種接口中，基本上有接口的地方都可能需要用到TVS。另外，智能手機(jī)的EMI(電磁干擾)問題也需要克服，在攝像頭模組和 LCD模組這些地方應(yīng)選擇同時(shí)具有EMI和ESD保護(hù)效果的產(chǎn)品。下面分別介紹TVS在智能手機(jī)各個(gè)模組中實(shí)現(xiàn)ESD防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)用。
一、觸控面板模組。觸控面板是用手指去碰觸的人機(jī)交互界面，極易受ESD的干擾。PCB設(shè)計(jì)時(shí)TVS可以加在軟板導(dǎo)線出現(xiàn)連接器的位置，以有效防護(hù)經(jīng)由連接器產(chǎn)生的ESD現(xiàn)象。另外，在終端使用時(shí)會(huì)有來自觸控面板邊緣屏蔽層的ESD風(fēng)險(xiǎn)，因此在屏蔽層與接地線之間也應(yīng)該加TVS，一方面用以避免信號(hào)干擾，另一方面可有效箝制電路系統(tǒng)電壓。電源線和地之間采用單顆TVS管形式，其它端口則采用TVS陣列來實(shí)現(xiàn)。
二、顯示模組LCD接口。對(duì)于LCD并行接口的軟板，大多無法設(shè)計(jì)太多層的鋪銅，因此信號(hào)比較難對(duì)應(yīng)到參考接地面，也經(jīng)常會(huì)有信號(hào)跨越另一層地面切孔情況發(fā)生，從而造成信號(hào)完整性缺失或EMI問題；此外多腳位的軟板由于面積較大，在手機(jī)狹小的空間中會(huì)與許多機(jī)構(gòu)接觸，因此無論在成品使用或半成品生產(chǎn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)受到外界雷電及人體或環(huán)境ESD的直接或耦合影響，進(jìn)而危害到控制IC。此時(shí)可用具有ESD防護(hù)功能的EMI濾波器來有效防止這些問題的發(fā)生。
三、NFC天線部分。在自然環(huán)境中的雷電或是人體及環(huán)境中的ESD，都有機(jī)會(huì)透過NFC天線放電進(jìn)入到手機(jī)中，進(jìn)而造成天線接收端的電子元件損壞。由于 RF信號(hào)對(duì)電容值非常敏感，0.5μ以下電容值的TVS元件才適用于NFC天線部分ESD防護(hù)的使用。PCB設(shè)計(jì)時(shí)TVS元件應(yīng)盡量放到靠近NFC天線的接點(diǎn)墊片附近，利用其比前端元件較低的箝制電壓及耐高突波電流的特性，有效地實(shí)現(xiàn)第一線的防護(hù)。
四、實(shí)體按鍵部分。現(xiàn)在的智能手機(jī)大部分具有觸控功能，也有一部分是實(shí)體按鍵，使用者需要直接接觸這些實(shí)體按鍵進(jìn)行操作，而實(shí)體按鍵的間隙經(jīng)常會(huì)出現(xiàn) ESD現(xiàn)象。設(shè)計(jì)時(shí)TVS元件應(yīng)盡量放到靠近按鍵接點(diǎn)附近，利用其比前端按鍵控制IC元件較低的箝制電壓及耐高突波電流的特性，有效作為第一線的防護(hù)。
五、電源系統(tǒng)部分。當(dāng)智能手機(jī)取下電池后，所有連接到半導(dǎo)體元件中的電位并不容易完全釋放掉，這些與電源管理IC連接的元件，一開始因儲(chǔ)存了特定電位，因此開機(jī)或關(guān)機(jī)過程中，都有可能引發(fā)過大的高低突波，進(jìn)而造成部分元件毀損。電源控制IC的周邊都需加上TVS元件，且PCB設(shè)計(jì)時(shí)TVS應(yīng)盡量放置在靠近電源控制IC的位置。特別需要注意的是對(duì)于不同的電源電壓應(yīng)采用其相對(duì)應(yīng)箝制電壓的TVS元件。
