手机电路的浪涌防护和TVS应用的电路实例

 

 

一.手机电路简介

 

现代数字移动电话的智能化越来越高,而其体积.重量则不断降低,使本已很复杂的”手机”设计又造成巨大压力,做为TVS的供应商我们应给予技术支持把最新.体积最小的.功能齐全的TVS组合芯片介绍给广大用户。

 

数字移动电话的电路基本由射频/数字信号处理/终端接口/电源管理等部分组成,其中:

 

*射频电路包括:接收器.发送器.频率合成器和功放。

*数字信号处理包括:数字信息处理和信号控制器。

*终端接口包括:液晶显示/背光电路;键盘/键盘背光电路;SIM卡的CPU读卡电路;耳机/麦克风/振铃电路;数据接口;数字接口等。

*电源管理电路包括:用低压差线性稳压器{LDO}分别为功放/RF和模拟电路/DSP及其它数字电路/LCD供电等。

 

二.”手机”电路中需要进行”浪涌冲击”防护的部位有：

1.      SIM卡的CPU读卡电路;

2.      键盘电路;

3.      耳机.麦克风电路;

4.      数据接口;

5.      电源接口;

6.      数字接口{USB};

7.      彩屏LCD驱动接口;

8.      LCD背光电路。[LCD背光电路在制造时已经采取了TVS保护措施]

 

三.手机的”电磁兼容”{EMC}的试验和测试内容有：

1.      静电放电抗扰度测试;

2.      电磁辐射骚扰抗扰度测试;

3.      电快速瞬变脉冲群抗扰度测试;

4.      共模/差模浪涌冲击抗扰度测试;

5.      射频场感应的传导骚扰抗扰度测试;

6.      电压暂降和短时中断抗扰度测试。

 

EMC的测试和审核是保障受试产品不受”电磁干扰”或产生”电磁干扰”,抑制静电放电[ESD].电快速瞬变脉冲群[EFT]和共模/差模浪涌冲击[SURGE]均需要使用TVS做防护。

*EMC测试:

[1].抗瞬态骚扰的性能判据

 

1).试验时,手机应建立并保持”通信连接”;

2).试验后手机应能正常工作,不能发生用户可察觉的通信质量降低.控制功能丧失或存储数据丢失,并继续保持通信连接。

[2].试验

1.{ESD}静电放电抗扰度试验             

*对于”接触放电”应能通过±2KV和±4KV的试验等级;

*对于”空气放电”应能通过±2KV. ±4KV和±8KV的试验等级。

2.{EFT}电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

*信号/通信/控制端口的试验电平为开路电压0.5KV;

*DC电源输入端口的试验电平为开路电压1KV;

*AC电源输入端口的试验电平为开路电压2KV。

3.{Surge}浪涌[冲击]抗扰度试验

*通信端口的线对地,试验电压为开路电压0.5KV;

*AC电源端口的线对地,试验电压为开路电压1KV;

*AC电源端口的线对线,试验电压为开路0.5KV。

 

#在手机的测试和审核时主要是测试手机每个端口对ESD骚扰的防护能力。

 

四.瞬态电压抑制器{简称:TVS}的嵌位特性

 

瞬态电压抑制器,英文:TransientVoltageSuppressor简称:TVS。

TVS的特性曲线中有”关断电压”[Vwm].雪崩电压{也称:起控电压}[Vbr]和嵌位电压[Vc],关断时TVS呈开路状态.选用TVS时”关断电压”要略大于电路的工作电压,当浪涌冲击电路时TVS会进入”起控点”此时TVS产生”雪崩”其内阻开始变小,浪涌电流通过这个内阻开始分流直至达到”嵌位电压”将浪涌电流全部分流从而保护电路不受侵害。

TVS响应速度快[1ns].通流量大[数十安培].极间电容小[Pf].浪涌冲击后自行恢复,由于是多路组合的芯片.体积小,便于PCB板的有效接地利于电路板设计,是理想的防护器件。

 

 

  

①    条件：Rg＞Rs+Rload＞RS

②    Voutput=V_BR + Rs*Vg/Rg : (IEC61000-4-2的标准)

1)    Vg=8KV 2)Rg=330Ω 3)PSOT05的Rs=0.14Ω 4)PSOT05的V_BR=6V

       ③  Voutput＝10V (PSOT05)

 

五.手机电路的TVS应用

 

1.SIM卡的CPU读卡电路的浪涌防护

 (1)ESD防护应用器件型号:SRV05-4 [SOT-23封装]

(2).器件特色:ESD 保护大于40KV

(3).SRV05-4用来保护”电源”/复位/时钟/数据免受”静电放电”骚扰。

(4).工作特性:

功率耐量[Ppp]:500W; 最大耐流量[Ipp]:43A; 关断电压[Vwm]:5V;

起控电压[Vbr]:6V;   漏电流[Id]:小于5μA;  极间电容[C]:小于3.5Pf。

(5).浪涌防护的工作原理:

1).Vcc直接通过TVS进行浪涌防护,当Vcc有浪涌骚扰时TVS会将其嵌位;

2).时钟信号/数据信号分别接到由”高速控制二极管”组成的”桥式”检波电路的输入端,浪涌电压经检波后由TVS进行嵌位,从而保护了时钟/数据的正常工作;复位/编程的ESD保护是同样的原理;

3).对于ESD骚扰无论是正还是负都必需流过”桥”的一个控制管和TVS,这两者是串联关系串联之和就是”极间电容”小于3.5Pf,因此避免了对信号的分流或造成畸变,漏电流小于5μA不会对功耗产生影响由于是一个完整的保护电路使用起来非常方便。

*SRV05-4共两个“桥”可保护四条I/O线。

 

2.键盘电路的浪涌防护

 

为保障”键盘驱动电路”免受ESD,EFT侵害，键盘控制电路的每一行.每一列都需要接一个TVS做保护,由于频率不高所以对TVS的极间电容要求不严,可以选用标准电容的”双向”TVS做全方位的保护。

(1).ESD防护应用器件型号: * U0402FC08C [倒装芯片]

                          PKCFC08C [可焊型倒装芯片]

                          RSB6.8    [SC-79封装]

(1).ESD防护应用器件型号:  U0402FC08C  [倒装芯片]

                          PKFC08C   [可焊接倒装芯片]

                          PSD08C    [SOD-323封装]

                          U0406FC08C [倒装芯片]

(2).器件特色:  双向TVS可全方位保护,ESD保护大于25000V;

*体积非常小。

(3).作用:用来泄放键盘上的ESD使”键盘驱动器”可靠工作。

(4).工作特性:

U0402FC08C     PKCFC08C       PSD08C      U0406FC08C

功率耐量[Ppp]:      250W          250W          500W           250W

最大耐流量[Ipp]:     13A            13A            17A            13A

关断电压[Vwm]:      8V            8V              8V             8V

起控电压[Vbr]:       8.5V           8.5V            8.5V           8.5V

漏电流[Id]:          10μA           10μA           10μA           10mA

极间电容[C]:      小于75Pf       小于75Pf       小于150Pf      小于75Pf

*注:U0406FC08C是五路双向的组合芯片只用一片即可保护”五行”或”五列”。

 

3.耳机/麦克风电路的浪涌防护

 

为保障”多模转换器”免受ESD.EFT的侵害,防止麦克风和耳机导线引入高频干扰实现高质量的语音通信,在耳机/麦克风电路采用有EMI抑制功能的TVS,它既能泄放麦克风/耳机以及手持听筒上的静电又有一个RCp型低通滤波器很高的通频带可抑制各种干扰从而保证语音的高质量。

 

(1).EMI抑制和ESD防护应用器件型号: STF701 [SC-70封装];

                            EMIF01-100/150[SC-70封装];

(2).器件特色: 超小型;有两路EMI抑制滤波器的TVS,ESD保护大于25000V。

(3).作用: 泄放静电; 抑制0-200Mhz通频带内的各种干扰噪声。

(4).工作特性:      STF701             EMIF01-100         EMIF01-150

 

功率耐量[Ppp]:      175W                 18W                18W

关断电压[Vwm]:     5V                   3V                 3V

起控电压[Vbr]:      6V                       6V                 6V

漏电流[Id]:         5mA                 0.5mA               0.5mA

通频带{-3db}:      40Mhz               220Mhz              200Mhz

插入损耗:          8db                   6db                 8db

 

特别提示:

STF701. EMIF01-100. EMIF01-150由于有”RC” p型滤波器它的插入损耗在电路的增益分配中需要给予充分的补偿。

 

*上述电路适用于高档手机,对于一般的手机使用ESD防护的器件型号和电路如下:

 

*应用PSMF05[SC70封装]或SFC05-4[倒装芯片]1.3脚接地/4.5脚接耳机或麦克风即构成两个双向的保护电路,每一片只需几角钱而且体积非常小是个理想的方案。                                                          

 

 

 

TVS的嵌位性能:

有EMI抑制功能的p型RC滤波器它的两个”C”是由两个TVS的极间电容按照通频带的计算值而制造的所以既是”C”又是TVS,它与ESD信号源和负载的匹配及Vin.Vout的关系如下图:

 

        Vin=(Rg′Vbr+Rs′Vg)/Rg            Vout=(R′Vbr+Rs′Vin)/R

 

4．数据接口的浪涌防护

用于存放手机的机身号码.锁急码.电话号码薄及其它设置的”数据接口”与微处理器和存储器连接为保障微处理器/存储器免受ESD.EFT骚扰需在”数据接口”使用TVS泄放静电使微处理器/存储器可靠工作。

 

 

 (1).ESD防护应用器件型号:  SMF05C [SC-70封装]

                          PSMF05 [SC-70封装]

(2).器件特色:   超小型封装,单向5个TVS组合芯片,ESD保护大于25000V。

(3).器件作用:  泄放”数据接口”所感应的静电.保障微处理器的可靠工作。

(4).工作特性:        SMF05C           PSMF05

 

功率耐量[Ppp]:        100W             100W

 

最大耐流量[Ipp]:       10A               9A

关断电压[Vwm]:        5V               5V

起控电压[Vbr]:         6V                6V

漏电流[Id]:            5mA               10mA

极间电容[C]:          60Pf               60Pf

 

 

5.电源接口的浪涌防护

 

为防止ESD.EFT对”电源接口”的骚扰和电源导线引入的杂散高频干扰,在”电源接口”或”外部连接器”的电源输入端口施加TVS进行防护。

 

图五是共模/差模都有保护能力的ESD防护电路,使用PSOT05C[0.8元/片]即可有效地保护电源接口免受ESD侵扰。

 

 

(1).ESD防护.应用器件型号:   PSOT05C [SOT-23封装]

                           PSD05.PSD05C [SOD-323封装]

(2).器件特色:  超小型封装,单向TVS和双向TVS。

(3).器件作用:  泄放”电源接口”所感应的静电并滤除杂散高频干扰信号。

(4).工作特性:     PSOT05C      PSD05       PSD05C{双向TVS}

功率耐量[Ppp]:     500W        500W         500W

最大耐流量[Ipp]:    42A          42A          28A

关断电压[Vwm]:     5V           5V           5V

起控电压[Vbr]:      6V           6V           6V

漏电流[Id]:         20mA         10mA         10mA

极间电容[C]:       210Pf         350Pf         175Pf

 

 

 

6．数字接口{USB}的浪涌防护

 

手机的USB{通用串行总线}接口有两条数据线由于数据传输速率很高可以连接到任何一台具备USB接口的PC机上传送数据,为防止ESD.EFT的骚扰和噪声干扰需要用TVS进行防护。

 

 

(1).ESD防护应用器件型号:       PSR05  [SOT-143封装]

(2).器件特色:  器件由一个桥式电路和一个TVS组成,”桥”由高速控制二极管制造.共有两个输入端和两个输出端,在输出端接有TVS是一个超小型的组合芯片电路,当ESD骚扰时无论是正还是负都会通过”桥”的一个控制二极管反应在输出端由TVS进行嵌位而连接”数据线”对地的ESD防护是由一个控制二极管和TVS串联组成,它的响应速度极快.极间电容很小,所以是理想的保护模式。

(3).器件作用:有效 泄放ESD.EFT,滤除各种杂散干扰。

(4).工作特性：     PSR05

功率耐量[Ppp]：    500W

最大耐流量[Ipp]：   28A

关断电压[Vwm]：    5V

起控电压[Vbr]：     6V

漏电流[Id]：        5mA

极间电容[C]：      10Pf

 

7．彩屏LCD驱动接口的噪声干扰/ESD防护

 

彩屏LCD驱动的数据线其数据传输速率很高容易被各种”噪声”所干扰造成图像质量下降,为此需要在数据线上采用有EMI抑制能力的TVS进行滤波和ESD防护以保障彩色图像的高质量。

 

(1).EMI抑制和ESD防护应用器件:EMIF01-100  [SC-70封装]

EMIF01-150  [SC-70封装]

STF701      [SC-70封装]

EMIF4100    [倒装芯片]

EMIF6-100FC [倒装芯片]

 

(2).器件特色: 芯片由RC组成p型低通滤波器,C由TVS的极间电容提供其通频带达200Mhz,TVS除为p型滤波器提供所需电容外还对ESD有泄放功能,最多可将六路p型滤波器集成在一个倒装芯片上,还有四路和两路的可供选择,体积很小适合彩屏LCD驱动接口使用。

(3).器件作用:滤除噪声干扰/ESD防护。

(4).工作特性:                 EMIF4100                             EMIF6-100FC

 

功率耐量[Ppp]:                400Mw                                  100Mw

关断电压[Vwm]:         5V                         5V

起控电压[Vbr]:          6V                         6V  

漏电流[Id]:             0.1mA                       0.1mA

通频带{-3db}:          132Mhz                     60Mhz

插入损耗:               6db                        6db

 

特别提示:

EMIF4100.EMIF6-100FC有6db的插入损耗在电路设计时需给予有效补偿