靜電放電(ESD)保護及電磁干擾(EMI)正在成為所有電氣設備越來越重要的考慮因素。消費者要求智慧手機等可攜式/無線設備具有更多功能特性及採用纖薄型工業設計，這就要求設計人員要求更加注重小外形封裝之中的ESD及EMI性能。本文將分析電路保護要求，比較不同的電路保護技術及濾波技術，介紹安森美半導體應用於典型電路保護及濾波應用的產品，説明設計工程師設計出更可靠的可攜式及消費類產品。

關鍵晶片組外部ESD保護要求
業界正在採用最先進的技術製造先進的系統級晶片(SoC)。設計人員為了最佳化功能及晶片尺寸，正在持續不斷地減小其晶片設計的最小特徵尺寸。但相應的代價是：隨著特徵尺寸減小，元件更易於遭受ESD損傷。當今的積體電路(IC)給保護功能所留下的設計視窗已經減小。ESD保護必須在安全過壓及過流區工作。隨著業界趨向以更小幾何尺寸和更低電壓製造更先進IC，IC的安全工作區也在縮小。

有效ESD保護的關鍵是限制ESD事件期間的電壓，令其處於給定晶片組的安全電壓窗口內。ESD保護產品實現有效ESD保護的方式，是在ESD事件期間提供接地的低阻抗電流路徑；用於新積體電路的保護產品需要更低的動態阻抗(Rdyn)，從而避免可能導致損傷的電壓。

由於給保護功能所留的設計視窗減小，選擇具有低動態阻抗的ESD保護產品變得更加重要，以此確保鉗位元電壓不超過新晶片組的安全保護窗口。因此，ESD保護產品供應商必須提供保護產品有效性的資訊，而非僅是保護產品自身的存續等級。

矽ESD保護技術與被動ESD保護技術比較
安森美半導體的保護及濾波方案基於先進的矽工藝。相比較而言，其它幾種低成本被動方案結合使用了陶瓷、鐵氧體及多層壓敏電阻(MLV)材料。這些類型元件傳統上ESD鉗位元性能較弱。在某些被動方案中，下游元件會遭受的電壓比安森美半導體矽方案高出一個或多個數量級，下圖中的ESD螢幕截圖所示，其中比較了安森美半導體矽方案與競爭技術在8 kV ESD應力條件下的表現。競爭技術的導通電壓如此之高，以致於它根本不會啟動，所測的電壓只不過是在50 Ω測量電路上的電壓降。其它一些更老技術甚至在經歷較少幾次ESD衝擊後性能就會下降。由於材料成分原因，某些被動元件往往在不同溫度條件下的性能表現不一致，因此在惡劣環境下的可靠性更低。

安森美半導體優異的PicoGuard XS技術通過使訊號路徑穿越保護產品，提供阻抗匹配的訊號路徑，故而消除了訊號完整性問題。PicoGuard XS技術平衡了封裝串聯電感與保護二極體電容，提供極佳的100 Ω訊號路徑，與PCB上走線的阻抗匹配。此外，此種設計事實上省下了與保護二極體串聯的電感，因而將ESD事件起始階段的封裝引致電壓尖峰減至最小。

電磁干擾(EMI)濾波：單端濾波器與共模濾波器(CMF)
安森美半導體提供兩種類型的EMI濾波器，分別是單端濾波器及共模濾波器。單端濾波器採用不同陣列配置來製造，用於平行介面。這些濾波器包括用於音訊等低速訊號的通用電阻-電容(RC)型濾波器和用於較高速度及功率敏感型介面的電感-電容(LC)型濾波器。低通濾波器提供700 MHz至最高6 GHz範圍的截止頻率。單端濾波器無法滿足高速差分介面的需求。差分介面擁有固有的雜訊抑制，但它們不能完全免受可能存在於來自外部源的共模雜訊的影響，亦不能防止介面訊號輻射至系統其它元件。

智慧手機等可攜式及消費產品電路保護及濾波應用示例
1) USB 2.0介面濾波及保護
安森美半導體為USB 2.0介面提供適合1對高速線路及VCC的低電容ESD保護方案(如NUP4114UPX、NUP4114UCL、NUP4114H、ESD7L5.0及ESD9L5.0)，還提供適合1對高速線路及VCC的共模濾波器及ESD保護方案(EMI2121)，用於智慧型手機、數位相機等可攜式/無線產品中的USB 2.0介面。

2) USB 3.0介面ESD保護
智慧手機、平板電腦等可攜式/無線設備的功能越來越多、性能越來越強、存儲容量越來越大，與外界的資料通信需求也越來越高。USB標準制定組織宣佈，速度是USB 2.0十倍的USB 3.0埠有望在2012年度或2013年初支援智慧手機和平板電腦設備。

安森美半導體為USB 3.0介面提供一系列方案，用於為2對超高速線路、1對高速線路及VCC提供低電容ESD保護。這些方案包括ESD7008(保護8條線路、0.12 pF電容、5.5 x 1.5 mm UDFN-18封裝)、ESD7104(保護4條線路、0.3 pF電容、2.5 x 1.0 mm UDFN-10封裝)、ESD7004(保護4條線路、0.4 pF電容、2.5 x 1.0 mm UDFN-10封裝)及ESD7L(保護2條線路、0.5 pF電容、1.2 x 1.2 mm SOT-723封裝)。

3) 相機及顯示幕平行介面及序列介面保護
安森美半導體為相機及顯示幕平行介面和序列介面提供保護方案。其中，適合4至12條線路平行介面的低通濾波器及ESD保護方案包括EMI720x系列、EMI940x系列、CM1693系列及CM1457系列；適合3至5對高速串列通道的共模濾波器及ESD保護方案包括EMI4182及EMI4183等。這些產品可用於智慧手機和數位相機等應用。

4) 可攜式產品HDMI埠濾波及保護
一些智慧手機及平板電腦設計已經開始支持HDMI埠，配合使用者以更高速率傳輸音視頻資料的需求。安森美半導體提供適合於可攜式產品HDMI埠濾波及保護的低阻抗共模濾波器(CMF)，適合為4對高速線路及最多6條額外介面線路提供低電容ESD保護及共模濾波。

5) 消費類產品HDMI及顯示幕埠保護
安森美半導體為消費類產品HDMI及顯示幕埠提供不同類型的濾波及保護方案，包括適合4對高速線路、最多6條額外線路的低電容ESD保護及共模濾波方案(EMI4182)，適合4對高速線路、最多6條額外線路的低電容ESD保護方案(ESD7004, MG2040)，以及適合4對高速線路、最多6條額外線路、內部阻抗匹配的ESD保護PicoGuard® XS。

6) 智慧手機等應用的音訊濾波及保護
安森美半導體為揚聲器/耳機、差分麥克風、雙麥克風等應用提供相應的EMI濾波器及ESD保護方案，包括應用於揚聲器/耳機濾波及保護的NUF2441FC和NUF2450MU，以及用於差分/雙麥克風濾波及保護的CM6200和CM6205等。

總結：
設計人員需要為智慧手機、平板電腦、數位相機等可攜式及無線、消費等應用選擇適合的電路保護及濾波方案。安森美半導體身為應用於高能效電子產品的首要高性能矽方案供應商，致力提供對目標應用具有最佳技術和經濟價值的保護及濾波方案。本文分析了電路保護的技術趨勢及EMI濾技術比較，並結合具體應用示例，介紹安森美半導體相應產品，説明設計人員選擇恰當的電路保護及濾波方案。

供稿：安森美半導體

- 新聞稿有效日期，至2013/09/29為止

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