對于電子產(chǎn)品而言，保護(hù)電路是為了防止電路中的關(guān)鍵敏感型器件受到過流、過壓、過熱等沖擊的損害。保護(hù)電路的優(yōu)劣對電子產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命至關(guān)重要。隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品需求的持續(xù)增長，更要求有強(qiáng)固的靜電放電(ESD)保護(hù)，同時還要減少不必要的電磁干擾(EMI)/射頻干擾(RFI)噪聲。此外，消費(fèi)者希望最新款的消費(fèi)電子產(chǎn)品可以用小尺寸設(shè)備滿足越來越高的下載和帶寬能力。隨著設(shè)備的越來越小和融入性能的不斷增加，ESD以及許多情況下的EMI/RFI抑制已無法涵蓋在驅(qū)動所需接口的新一代IC當(dāng)中。
另外，先進(jìn)的系統(tǒng)級芯片(SoC)設(shè)計都是采用幾何尺寸很小的工藝制造的。為了優(yōu)化功能和芯片尺寸，IC設(shè)計人員一直在不斷減少其設(shè)計的功能的最小尺寸。IC尺寸的縮小導(dǎo)致器件更容易受到ESD電壓的損害。
過去，設(shè)計人員只要選擇符合IEC61000-4-2規(guī)范的一個保護(hù)產(chǎn)品就足夠了。因此，大多數(shù)保護(hù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表只包括符合評級要求。由于集成電路變得越來越敏感，較新的設(shè)計都有保護(hù)元件來滿足標(biāo)準(zhǔn)評級，但ESD沖擊仍會形成過高的電壓，有可能損壞IC。因此，設(shè)計人員必須選擇一個或幾個保護(hù)產(chǎn)品，不僅要符合ESD脈沖要求，而且也可以將ESD沖擊鉗位到足夠低的電壓，以確保IC得到保護(hù)。
圖1：美國靜電放電協(xié)會(ESDA)的ESD保護(hù)要求
先進(jìn)技術(shù)實現(xiàn)強(qiáng)大ESD保護(hù)
安森美半導(dǎo)體的ESD鉗位性能備受業(yè)界推崇，鉗位性能可從幾種方法觀察和量化。使用幾個標(biāo)準(zhǔn)工具即可測量獨(dú)立ESD保護(hù)器件或集成器件的ESD鉗位能力，包括ESD保護(hù)功能。第一個工具是ESD IEC61000-4-2 ESD脈沖響應(yīng)截圖，顯示的是隨時間推移的鉗位電壓響應(yīng)，可以看出ESD事件中下游器件的情形。
圖2：ESD鉗鉗位截圖
除了ESD鉗位屏幕截圖，另一種方法是測量傳輸線路脈沖(TLP)來評估ESD鉗位性能。由于ESD事件是一個很短的瞬態(tài)脈沖，TLP可以測量電流與電壓(I-V)數(shù)據(jù)，其中每個數(shù)據(jù)點都是從短方脈沖獲得的。TLP I-V曲線和參數(shù)可以用來比較不同TVS器件的屬性，也可用于預(yù)測電路的ESD鉗位性能。
圖3：典型TLP I-V曲線圖
安森美半導(dǎo)體提供的高速接口ESD保護(hù)保護(hù)器件陣容有兩種類型。第一類最容易實現(xiàn)，被稱為傳統(tǒng)設(shè)計保護(hù)。在這種類型設(shè)計中，信號線在器件下運(yùn)行。這些器件通常是電容最低的產(chǎn)品。
另一類是采用PicoGuard® XS技術(shù)的產(chǎn)品。這種類型設(shè)計使用阻抗匹配(Impedance Matched)電路，可保證100 Ω的阻抗，相當(dāng)于電容為零。這類設(shè)計無需并聯(lián)電感，有助于最大限度地減少封裝引起的ESD電壓尖峰。
圖4：傳統(tǒng)方法與PicoGuard® XS設(shè)計方法的對比
安森美半導(dǎo)體的保護(hù)和濾波解決方案均基于傳統(tǒng)硅芯片工藝技術(shù)。相比之下，其它類型的低成本無源解決方案使用的是陶瓷、鐵氧體和多層壓敏電阻(MLV)組合的材料。這類器件通常ESD鉗位性能較差。在某些情況下，傳遞給下游器件的能量可能比安森美半導(dǎo)體解決方案低一個量級。一些采用舊有技術(shù)的產(chǎn)品甚至可能在小量ESD沖擊后出現(xiàn)劣化并變得更糟。由于其材料性質(zhì)，一些無源器件往往表現(xiàn)出溫度的不一致性，從而降低了終端系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)消費(fèi)溫度和環(huán)境溫度范圍內(nèi)運(yùn)行的可靠性。
必須兼顧其它特性
ESD和EMI解決方案可防止不要的信號干擾系統(tǒng)的整體性能。在系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，保護(hù)器件還必須保持給定接口良好的信號完整性，換言之它應(yīng)該是完全“透明”的。安森美半導(dǎo)體的器件適用于運(yùn)行和保護(hù)當(dāng)今最常用的消費(fèi)類電子系統(tǒng)接口。通常，使用S參數(shù)插入損耗曲線即可測量信號完整性的影響，濾波器解決方案還可以測量濾波器的響應(yīng)情況，也可以用眼圖測量信號完整性(尤其是高速器件)，以證明在無干擾正常運(yùn)行期間器件可實現(xiàn)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。
安森美半導(dǎo)體有兩個基本類型的EMI濾波器。第一類是用于并行接口的各種陣列配置的單端低通濾波器；分為傳統(tǒng)和通用電阻-電容(RC)版本，以及適用于高速度和功耗敏感接口的電感-電容(LC)版本。
圖5：單端低通濾波器特性
根據(jù)規(guī)格，每個元件都有一個通帶范圍。這些器件的可截止高頻范圍從700 MHz至6 GHz。
第二類EMI濾波器適用于高速串行接口，功能超過了典型低通濾波器。這類接口是具有固有噪聲抑制的差分信號路徑，但不會完全免疫來自外部源的共模噪聲，或阻止來自輻射到系統(tǒng)其他部分的接口信號。
圖6：共模濾波器(CMF)特性
受保護(hù)的共模濾波器(pCMF)可以用來消除不必要的共模噪聲，也可以防止輻射的有害共模噪聲信號從高速接口進(jìn)入系統(tǒng)的其它部分。同時，它還可以使高速數(shù)據(jù)通道幾乎不受干擾。
除了ESD沖擊保護(hù)，安森美半導(dǎo)體還提供防止由雷擊或功率交叉(power-cross)故障造成浪涌沖擊的解決方案。各種消費(fèi)電子和電信/網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的通用接口都是符合10/100BASE-T和1000BASE-T以太網(wǎng)協(xié)議的RJ45接口，其浪涌額定值往往是室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。這些接口由四對差分?jǐn)?shù)據(jù)線組成，每根線可傳輸最高250 Mbps的數(shù)據(jù)速率。這類接口的保護(hù)需要確保橫向(金屬性)浪涌沖擊不致?lián)p壞敏感的下游芯片（如物理層）。這是通過線至線(每對線)連接分流保護(hù)元件(shunt protection element)來轉(zhuǎn)移進(jìn)入的浪涌能量實現(xiàn)的。
對于較低數(shù)據(jù)速率(10/100BASE-T)的應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體提供了一種稱為TSPD(晶閘管浪涌保護(hù)器件)的消弧(crowbar)器件組合，以及用于類似ESD保護(hù)的鉗位器件。TSPD可提供低鉗位電壓的優(yōu)勢，并具有較高的浪涌電流能力。例如，這些器件可以滿足GR-1089 10/1000 μs標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此適合初級端或次級端的保護(hù)，也被稱為“線端”保護(hù)。TVS(瞬態(tài)抑制二極管)鉗位器件支持8/20 μs脈沖的浪涌級別，通常用于第三級(tertiary)或PHY側(cè)以捕獲并安全地消除任何殘余浪涌脈沖。
典型電路保護(hù)應(yīng)用示例
智能手機(jī)應(yīng)用是一種比較典型的保護(hù)應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體的解決方案包括數(shù)據(jù)濾波器、ESD保護(hù)二極管及陣列和電壓保護(hù)器件等。消費(fèi)和便攜式應(yīng)用的USB2.0保護(hù)包括高速對、VCC和低電容ESD保護(hù)；而USB 3.0則有兩個超高速對和一個高速對，以及VCC、低電容ESD保護(hù)。eSATA接口有兩個高速對和低電容ESD保護(hù)。
圖7：智能手機(jī)框圖及需要保護(hù)的I/O接口(見右下側(cè)淺藍(lán)色背景區(qū)域)
針對4至12線的攝像頭和顯示器的并行接口，安森美半導(dǎo)體有低通LC濾波器+ ESD保護(hù)器件，以及3至5個高速串行通道的共模濾波器+ ESD保護(hù)。對于便攜式HDMI、消費(fèi)類HDMI/顯示端口，可以采用四個高速對、多達(dá)6個額外接口線、低電容ESD+共模濾波器方案。
此外，安森美半導(dǎo)體的保護(hù)應(yīng)用還包括音頻(音箱/耳機(jī))、SD接口、SIM卡、鍵盤EMI抑制、以太網(wǎng)，以及T1/E1、T3/E3和xDSL端口等，可以滿足消費(fèi)類電子產(chǎn)品對強(qiáng)大ESD保護(hù)及減少EMI/RFI噪聲的更高要求。
應(yīng)用于便攜及消費(fèi)應(yīng)用接口的強(qiáng)大ESD保護(hù)及EMI濾波產(chǎn)品陣容
安森美半導(dǎo)體身為全球高能效電子產(chǎn)品的首要硅方案供應(yīng)商，在電路保護(hù)市場高居第一，為便攜及無線、消費(fèi)、計算機(jī)及外設(shè)、汽車及電信等市場提供豐富多樣的ESD保護(hù)及EMI/RFI濾波產(chǎn)品。表1和表2分別列出了安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于便攜應(yīng)用接口及消費(fèi)應(yīng)用接口的ESD保護(hù)及EMI濾波方案，客戶可以根據(jù)實際應(yīng)用需求選擇適合的方案。
表1：安森美半導(dǎo)體便攜應(yīng)用接口ESD保護(hù)及EMI濾波方案
表2：安森美半導(dǎo)體消費(fèi)應(yīng)用接口ESD保護(hù)及EMI濾波方案
總結(jié)：
安森美半導(dǎo)體在電路保護(hù)居于全球領(lǐng)袖地位，其中領(lǐng)先的ESD保護(hù)產(chǎn)品包括：業(yè)界最低電容、極低鉗位電壓的傳統(tǒng)ESD保護(hù)方案；在市場上率先推出的相當(dāng)于提供零電容的PicoGuard XS保護(hù)方案；以及同樣是在市場上率先推出的集成ESD保護(hù)的共模濾波器方案。這些高集成度保護(hù)方案幫助客戶保護(hù)其產(chǎn)品中速度越來越高的敏感芯片組，并減少電路板占用空間。