NFC天線的ESD防護設計方案精講
發布時間:2014-11-13 責任編輯:sherryyu
【導讀】電子產品所采用的IC大多是使用最先進的半導體製程技術,所使用的組件閘極氧化層很薄且接麵很淺,很容易受到ESD的衝擊而造成損傷。因此,這些電子產品需要額外的ESD保護組件來避免ESD衝擊產生係統當機,甚至硬件受到損壞,而NFC天線是必須有ESD保護組件保護的第一關。
將NFC與移動電話整合在一起,提供消費者以近距離感測方式進行有價交易,是現在廣為討論與實現的功能。但在大家熱中於討論與實現NFC的各種整合與實現方式時,有一項不可被忽視的影響是靜電放電(ESD)的衝擊經由NFC天線對整個NFC的溝通功能所造成的錯誤動作。移動電話這些電子產品由於頻繁地與人體接觸,很容易受到靜電放電(ESD)的衝擊。此外,這些電子產品所采用的IC大多是使用最先進的半導體製程技術,所使用的組件閘極氧化層很薄且接麵很淺,很容易受到ESD的衝擊而造成損傷。因此,這些電子產品需要額外的ESD保護組件來避免ESD衝擊產生係統當機,甚至硬件受到損壞,而NFC天線是必須有ESD保護組件保護的第一關。
針對移動電話這些可攜式電子產品所使用的ESD保護組件需符合下列幾項要求:
第一、為符合這類電子產品輕薄小巧、易於攜帶的需求,ESD保護組件的尺寸必須夠小,例如0402封裝尺寸,甚至0201封裝尺寸,以達到在PCB設計上兼具高聚集度及高度彈性的優勢。
第二、ESD保護組件接腳本身的寄生電容必須要小,避免訊號受到幹擾。例如使用在天線(antenna)的ESD保護組件,必須考慮到天線所使用的頻段,不同頻段所能夠接受的最小寄生電容值,通常使用在天線的ESD保護組件其寄生電容值必須小於1pF,甚至更低。
第三、ESD保(bao)護(hu)組(zu)件(jian)所(suo)適(shi)用(yong)的(de)最(zui)大(da)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)及(ji)單(dan)向(xiang)或(huo)雙(shuang)向(xiang)特(te)性(xing)的(de)選(xuan)擇(ze),必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)訊(xun)號(hao)上(shang)下(xia)擺(bai)動(dong)的(de)最(zui)高(gao)及(ji)最(zui)低(di)電(dian)壓(ya),避(bi)免(mian)訊(xun)號(hao)受(shou)到(dao)影(ying)響(xiang)。例(li)如(ru)使(shi)用(yong)在(zai)手(shou)機(ji)的(de)天(tian)線(xian),訊(xun)號(hao)最(zui)高(gao)電(dian)壓(ya)通(tong)常(chang)會(hui)超(chao)過(guo)10V且最低電壓會低於0V,必須選擇適用此訊號電壓的雙向ESD保護組件;使用在GPS的天線,最高電壓通常小於5V且最低電壓不會低於0V,可使用5V單向的ESD保護組件。
第四、ESD防護組件本身對ESD事件的耐受能力必須要高,最少要能承受IEC61000-4-2接觸模式8kV的ESD轟擊。
第五、也是最重要的,ESD保護組件在ESD事件發生期間所提供的箝製電壓(clampingvoltage)必須要夠低,除了提供受保護電路免於遭受靜電放電的衝擊而造成永久的損傷,還要能確保訊號傳輸不會受到ESD的幹擾。
針對這些可攜式電子產品,對於ESD保護組件的設計需要同時符合上述所有要求,困難度變的很高。
晶焱科技擁有先進的ESD防護設計技術,針對可攜式電子產品,利用自有的專利技術推出一係列0402DFN/0201DFN、低電容、雙向/單向、單信道的ESD保護組件,如表一所列。其中0402DFN封裝大小僅有1.0mmx0.6mm,厚度隻有0.55mm高;0201DFN封裝大小更是僅有0.6mmx0.3mm,厚度隻有0.3mm高,可以滿足可攜式電子產品輕薄小巧對於組件封裝的嚴苛要求。如此細小的封裝尺寸,更可以整合到係統模塊,作為係統ESD的防護將更具彈性。
特別針對NFC(NearFieldCommunication)應用中的天線保護推出AZ4217-01FESD保護組件,這是目前業界唯一提供適用於最大工作電壓17V,具有0402封裝尺寸、極低電容、雙向特性的ESD保護組件。圖一是AZ4217-01F的菜單。

除了NFC天線外,在移動電話上還有其他許多RF天線的設計同時存在,因此同樣需要對這些天線設計有ESD防護功能。因此晶焱科技另有推出一係列ESD防護組件來保護這些RF天線,如具有極低電容0.5pF/0.8pF的ESD保護組件AZ5325-01F/AZ5425-01F,能滿足IEC61000-4-2接觸模式至少8kV的ESD轟擊。另有0201封裝尺寸且其ESD耐受度更可高達15kV的AZ5A15-01F,以及具有具有最低的箝製電壓僅有11V的AZ5215-01F,能提供係統產品於ESD測試時最佳的防護效果。圖二是這係列ESD保護組件的菜單,圖三、圖四是利用傳輸線脈衝係統(TLP)測量ESD箝製電壓的結果,觀察TLP電流為17A(等效IEC61000-4-2接觸模式6kV測試)時的箝製電壓,與其他相同應用的產品作比較,均具有最低的箝製電壓。

圖二晶焱科技推出小尺寸低電容ESD保護組件

圖三5-V雙向ESD保護組件的TLP測試曲線

圖四5-V單向ESD保護組件的TLP測試曲線
隨著消費者對可攜式電子產品的使用質量要求越來越高,ESD保護組件的箝製電壓也需要設計得越來越低,晶焱科技將持續發展更先進的防護設計技術來滿足這項需求。
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