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(yīng)用測試實驗室介紹
解決方案：
- TVS相對壓敏電阻嵌位電壓更低時更適合的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(dǎo)通速度快、電壓精度高和電流能力高且不存在功率限制，可對瞬時浪涌提供極佳的保護
不管是設(shè)計手機還是工業(yè)電信系統(tǒng)，電子制造商要實現(xiàn)可靠的系統(tǒng)操作，降低產(chǎn)品的返修或退貨比例，保護那些提供系統(tǒng)功能性的復(fù)雜IC非常重要。此外，在全球化時代，電子系統(tǒng)制造商的產(chǎn)品很可能面對多個國家或地區(qū)乃至全球市場，可能需要符合不同的國際性系統(tǒng)級保護規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，這對系統(tǒng)制造商所具備的專業(yè)經(jīng)驗也帶來了挑戰(zhàn)。
針對電子系統(tǒng)制造商所面臨的這些挑戰(zhàn)，作為全球首選的高性能電路保護解決方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體設(shè)立了專門的“保護和控制”業(yè)務(wù)部門，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(shè)(硬盤驅(qū)動器)、電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、汽車電子和工業(yè)等應(yīng)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(dǎo)體還積極幫助客戶解決他們所面臨的過壓保護難題，在中國上海設(shè)立美國之外第一家、也是全球第二家的電路保護應(yīng)用測試實驗室，憑借經(jīng)驗豐富的技術(shù)專家和全套一流設(shè)備，幫助客戶在將產(chǎn)品送交相關(guān)機構(gòu)進行認(rèn)證之前就對這些產(chǎn)品在遵從各種國際電路保護規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)方面進行測試，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端口越來越多。以手機為例，鍵區(qū)、揚聲器、SIM卡、電池接頭、音量鍵、語音鍵和充電器接口等都可能成為潛在的ESD進入點。
為了應(yīng)對ESD給芯片所可能帶來的潛在損傷，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電壓在短時間內(nèi)鉗位至較低的電壓，從而確保氧化物擊穿電壓不會被超過。具體的做法就是在電子系統(tǒng)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(yīng)力影響，進而有效控制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(dǎo)體的TVS元件具有極低的鉗位電壓，且在多重應(yīng)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(dǎo)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(jié)構(gòu)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個元件，為正向和反向ESD沖擊提供電路保護，且客戶仍只須將其用作單個元件。
圖1：安森美半導(dǎo)體采用SOD-923封裝的硅TVS二極管的演進。
這新的集成型ESD保護技術(shù)平臺既保留了傳統(tǒng)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(yīng)用。根據(jù)IEC61000-4-2的標(biāo)準(zhǔn)，ESD9L將輸入的15 kV ESD波形在數(shù)納秒(ns)內(nèi)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ESD保護封裝為設(shè)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(shù)碼相機等空間受限型產(chǎn)品的高速應(yīng)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(dǎo)體的ESD9L能在更短的時間內(nèi)將ESD電壓鉗位至更低的水平(如圖2所示)，體現(xiàn)出較大的性能優(yōu)勢，在高速數(shù)據(jù)應(yīng)用不僅能夠很好地提供ESD保護，同時還能保持高速數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)完整性。
圖2：安森美半導(dǎo)體ESD9L的ESD保護性能明顯優(yōu)越于競爭器件。
總的來看，按照TVS電容與傳輸速率的不同，安森美半導(dǎo)體將便攜應(yīng)用的ESD保護元件市場劃分為三個區(qū)域。第一是標(biāo)準(zhǔn)ESD保護，滿足大功率(高于100瓦)、最低鉗位電壓要求，適用于鍵區(qū)、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(shù)據(jù)傳輸率更快、低電容，應(yīng)用于USB1.1、USB2.0FS、FM天線、SIM卡和音頻線路等，TVS電容在40 pF至5 pF；第三個是超高速ESD保護，如USB2.0HS (低于1 pF)、HDMI、RF天線等，TVS電容在5 pF以下，電容值與鉗位相反。 針對這些應(yīng)用領(lǐng)域，安森美半導(dǎo)體都能提供客戶所需的硅ESD保護器件，滿足客戶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
隨著消費者對更高網(wǎng)絡(luò)帶寬以及對視頻和集成語音、數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)需求的增長，全球電信產(chǎn)業(yè)在大力推動著FTTx(光纖到家庭、路邊、建筑物等)、數(shù)字環(huán)路載波(DLC)、數(shù)字用戶線路接入復(fù)用器(DSLAM)、千兆位無源光網(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(shè)備，業(yè)界也需要注意遠離中心局的邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，后者往往也有著苛刻的保護要求。
對于這些設(shè)備而言，它們可能受到三類過載的影響。這三類過載狀況包括：
- 靜電放電: 普通人對此最為熟悉，如在干燥天氣接觸汽車時就可能遇到；這些屬于低功率浪涌。這種情況可通過持續(xù)時間短(數(shù)納秒)的波形來定義。
- 閃電浪涌: 這些屬于大功率浪涌，雷電期間電力線和電信線路所感應(yīng)的極高電壓會引發(fā)這種后果。這種情況可采用中等持續(xù)時間(數(shù)十微秒)的波形來定義。
- 電力故障: 由于電信線路和電力線可能物理接近，電話線上能夠感應(yīng)交流電壓。這種情況可用50 Hz或60 Hz(可長達15分鐘)波形來定義。
圖3：電信設(shè)備可能遭受的3種過載情況。
需要指出的是，浪涌等級不僅跟國家有關(guān)，還跟設(shè)備所在地點有關(guān)。不管是中心局的設(shè)備，還是用戶端設(shè)備，都需要進行保護，且每個國家或地區(qū)都可能有自己的保護標(biāo)準(zhǔn)。
圖4：常見電信保護標(biāo)準(zhǔn)。
面向這些狀況進行過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，但TSPD綜合了導(dǎo)通速度快、電壓精度高和電流能力高等優(yōu)點，且不存在功率限制，對瞬時浪涌提供極佳的保護。
安森美半導(dǎo)體提供一系列適合電信應(yīng)用的TSPD，如用于線卡保護的TVS二極管和保護電信應(yīng)用中各種敏感電子電路的TSPD等。安森美半導(dǎo)體的NPxx系列系列的44款器件為中心局(CO)、接入端和用戶前端設(shè)備中的電信電路提供過壓保護，可防止閃電、感應(yīng)和電力線交叉等情況給敏感電路帶來的潛在過壓損傷。這系列器件的應(yīng)用包括調(diào)制解調(diào)器(MODEM)、住宅網(wǎng)關(guān)、數(shù)字用戶線路接入復(fù)用器(DSLAM)和集成語音數(shù)據(jù)(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(zhuǎn)移至地。它們屬于雙向保護器件，因此能夠在一個封裝中提供兩個器件的功能，節(jié)省出電路板彌足珍貴的空間。基本上，這些器件在過壓發(fā)生時進行“消弧”將可能帶來潛在損傷的電能轉(zhuǎn)移出敏感電路或器件。一旦瞬態(tài)過壓狀況過去，這些器件就會恢復(fù)到它們正常的“關(guān)閉”或透明狀態(tài)，并且無形地在電路正常工作中發(fā)揮功能。這些TSPD沒有耗損特性，在快速瞬態(tài)情況下提供穩(wěn)定的性能特征，確保設(shè)備可靠持續(xù)地操作。
這些器件同時提供受業(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軸向引線封裝，可靠且經(jīng)濟。用作次級保護電路的一部分時，這些器件將電能轉(zhuǎn)移出受保護電路來提供過壓保護。NPxx器件獲UL497A認(rèn)證，在電子應(yīng)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(guī)范的要求。
強大的電路保護技術(shù)支持和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)遵從性測試
安森美半導(dǎo)體除提供高、低能量的過壓電路保護解決方案外，還為客戶提供強大的技術(shù)支持，幫助客戶理解產(chǎn)品在實際環(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(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計人員在選擇保護解決方案時做到最好的技術(shù)指標(biāo)兼顧成本考慮。
設(shè)在中國上海的新電路保護應(yīng)用測試實驗室主要為手機和DSL調(diào)制解調(diào)器等便攜消費產(chǎn)品和電信設(shè)備提供過壓保護解決方案。這配備了最新設(shè)備的實驗室設(shè)有經(jīng)驗豐富的安森美半導(dǎo)體工程師，他們深切了解最新的電路保護應(yīng)用相關(guān)的規(guī)范要求。他們在ESD和大功率浪涌瞬態(tài)問題上的專門技術(shù)和知識, 將幫助客戶在他們正式向相關(guān)機構(gòu)申請認(rèn)證之前, 為其應(yīng)用的電路保護作更好的評估。
安森美半導(dǎo)體的實驗室能進行多種ESD和浪涌事件測試來評估電子元件、子系統(tǒng)或終端產(chǎn)品，確定它們?nèi)菀资芄收虾蛽p傷的影響程度。有關(guān)測試元件和產(chǎn)品性能的測試結(jié)果將寫作報告，反饋給客戶，并就如何更好地符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提出意見和建議。
圖5：安森美半導(dǎo)體新的電路保護應(yīng)用測試實驗室提供多種ESD和浪涌事件測試。
安森美半導(dǎo)體保護產(chǎn)品業(yè)務(wù)總監(jiān)Gary Straker說：“在亞太區(qū)內(nèi)新設(shè)這家電路保護應(yīng)用測試實驗室讓安森美半導(dǎo)體能夠更進一步地提供多種測試和咨詢服務(wù)給客戶。這實驗室將為那些需要處理電路保護應(yīng)用相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的客戶提供幫助。亞太地區(qū)的客戶將因我們所提供的測試服務(wù)能力而節(jié)省時間和金錢，最終將使他們能更快地把產(chǎn)品面市。”
這電路保護應(yīng)用測試實驗室能夠進行符合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(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的多種浪涌測試。除了廣泛的測試能力，這實驗室還協(xié)助客戶解決應(yīng)用問題、設(shè)定保護器件借鑒標(biāo)準(zhǔn)、鑒定性能以及建議新保護器件等。
安森美半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品部亞太區(qū)市場營銷副總裁麥滿權(quán)說：“中國是安森美半導(dǎo)體發(fā)展速度最快的市場，安森美半導(dǎo)體將公司在全球第二家的電路保護應(yīng)用測試實驗室設(shè)立在中國這一戰(zhàn)略性舉措，進一步貫徹我們對中國乃至整個亞太地區(qū)客戶的承諾。”
總結(jié)
作為全球領(lǐng)先的高性能電路保護半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)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(dǎo)體還積極幫助客戶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(yīng)用測試實驗室能夠為中國乃至亞太地區(qū)的客戶在遵從有關(guān)業(yè)界規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)方面發(fā)揮作用，幫助客戶在將產(chǎn)品送至相關(guān)機構(gòu)認(rèn)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(jié)合安森美半導(dǎo)體提供的意見和建議，幫助客戶更好地符合各種電路保護規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，進而加快產(chǎn)品上市進程。
