ESD保护组件对NFC天线的保护方案设计

将nfc与移动电话整合在一起,提供消费者以近距离感测方式进行有价交易,是现在广为讨论与实现的功能。但在大家热中于讨论与实现nfc的各种整合与实现方式时,有一项不可被忽视的影响是静电放电(esd)的冲击经由nfc天线对整个nfc的沟通功能所造成的错误动作。移动电话这些电子产品由于频繁地与人体接触,很容易受到静电放电(esd)的冲击。此外,这些电子产品所采用的ic大多是使用最先进的半导体制程技术,所使用的组件闸极氧化层很薄且接面很浅,很容易受到esd的冲击而造成损伤。因此,这些电子产品需要额外的esd保护组件来避免esd冲击产生系统当机,甚至硬件受到损坏,而nfc天线是必须有esd保护组件保护的第一关。
针对移动电话这些可携式电子产品所使用的esd保护组件需符合下列几项要求:
第一、为符合这类电子产品轻薄小巧、易于携带的需求,esd保护组件的尺寸必须够小,例如0402封装尺寸,甚至0201封装尺寸,以达到在pcb设计上兼具高聚集度及高度弹性的优势。
第二、esd保护组件接脚本身的寄生电容必须要小,避免讯号受到干扰。例如使用在天线(antenna)的esd保护组件,必须考虑到天线所使用的频段,不同频段所能够接受的最小寄生电容值,通常使用在天线的esd保护组件其寄生电容值必须小于1pf,甚至更低。
第三、esd保护组件所适用的最大工作电压及单向或双向特性的选择,必须考虑讯号上下摆动的最高及最低电压,避免讯号受到影响。例如使用在手机的天线,讯号最高电压通常会超过10v且最低电压会低于0v,必须选择适用此讯号电压的双向esd保护组件;使用在gps的天线,最高电压通常小于5v且最低电压不会低于0v,可使用5v单向的esd保护组件。
第四、esd防护组件本身对esd事件的耐受能力必须要高,最少要能承受iec61000-4-2接触模式8kv的esd轰击。
第五、也是最重要的,esd保护组件在esd事件发生期间所提供的箝制电压(clampingvoltage)必须要够低,除了提供受保护电路免于遭受静电放电的冲击而造成永久的损伤,还要能确保讯号传输不会受到esd的干扰。
针对这些可携式电子产品,对于esd保护组件的设计需要同时符合上述所有要求,困难度变的很高。
晶焱科技拥有先进的esd防护设计技术,针对可携式电子产品,利用自有的专利技术推出一系列0402dfn/0201dfn、低电容、双向/单向、单信道的esd保护组件,如表一所列。其中0402dfn封装大小仅有1.0mmx0.6mm,厚度只有0.55mm高;0201dfn封装大小更是仅有0.6mmx0.3mm,厚度只有0.3mm高,可以满足可携式电子产品轻薄小巧对于组件封装的严苛要求。如此细小的封装尺寸,更可以整合到系统模块,作为系统esd的防护将更具弹性。
特别针对nfc(nearfieldcommunication)应用中的天线保护推出az4217-01fesd保护组件,这是目前业界唯一提供适用于最大工作电压17v,具有0402封装尺寸、极低电容、双向特性的esd保护组件。图一是az4217-01f的菜单。
除了nfc天线外,在移动电话上还有其他许多rf天线的设计同时存在,因此同样需要对这些天线设计有esd防护功能。因此晶焱科技另有推出一系列esd防护组件来保护这些rf天线,如具有极低电容0.5pf/0.8pf的esd保护组件az5325-01f/az5425-01f,能满足iec61000-4-2接触模式至少8kv的esd轰击。另有0201封装尺寸且其esd耐受度更可高达15kv的az5a15-01f,以及具有具有最低的箝制电压仅有11v的az5215-01f,能提供系统产品于esd测试时最佳的防护效果。图二是这系列esd保护组件的菜单,图三、图四是利用传输线脉冲系统(tlp)测量esd箝制电压的结果,观察tlp电流为17a(等效iec61000-4-2接触模式6kv测试)时的箝制电压,与其他相同应用的产品作比较,均具有最低的箝制电压。
图二晶焱科技推出小尺寸低电容esd保护组件
图三5-v双向esd保护组件的tlp测试曲线
图四5-v单向esd保护组件的tlp测试曲线
随着消费者对可携式电子产品的使用质量要求越来越高,esd保护组件的箝制电压也需要设计得越来越低,晶焱科技将持续发展更先进的防护设计技术来满足这项需求。

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