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鍵盤及按鍵應用的 ESD/EOS 最佳解決方案2019/05/23

 

        在今年隨著USB TYPE C的熱門話題中,USB TYPE C端口連接應用是最受矚目的新應用端口。自從USB開發者論壇(USB-IF)發布,並於2014年八月完成。

 

  外觀上最大特點就在於端口的上下訊號為完全對稱架構,連接時用戶端不用受限於傳統Micro-USB端口應用需區別USB的正反兩面,可直接插入正反兩面都可應用。

  

  現有科技應用產品,講究高校應用輸出,同時須兼容便利性,因此在應用可透過USB TPYE C廣泛的應用於隨身裝置、VR裝置、在接受IEC61000 -4-2靜電防護測試的時候、對於裝置上的按鈕/按鍵不可避免的會遭受靜電能量的影響、導致系統出現異常現象,最終會造成電子科技產品出現嚴重損毀的狀況,不外乎是由EOS(Electrical Over Stress) 指所有的過度電性應力。當外界電流或電壓超過器件的最大規範條件時,器件性能會減弱甚至損壞。

  

  產品設計初期須同時兼顧ESD/EOS防護設計規格的方向,在選擇TVS防護元件時需同時選擇兼具ESD/EOS防護規格元件。

  

  對於USB TYPE C應用的隨身裝置,往往會受限於PCB面積而不容易挑選適合的TVS防護元件,針對此應用需求晶焱科技擁有先進的ESD防護設計技術研發出符合市場端應用的封裝規格料件採用Array架構規格,在電子產品朝向輕薄短小的發展趨勢下,產品的印刷電路板(PCB)也隨之越來越小,但在產品功能強大的要求之下,線路也變得更加複雜,因此PCB的面積已變得寸土寸金,造成產品設計時相當大的困擾。

   

應用在鍵盤/按鍵連接埠的保護元件所需要件

要在鍵盤/按鍵訊號的ESD防護元件必須同時符合下面三項要求:

第一、ESD防護元件本身必須兼具的Peak Pulse Current參數,為了有更好的EOS防護效果。

第二、防護元件對ESD的耐受能力必須要高,最少要能承受IEC 61000-4-2接觸模式8kV ESD的轟擊。

第三、ESD防護元件設計的封裝大小不宜過大(不建議擺放超過2.0mm x 2.0mm),避免ESD防護元件於鍵盤/按鍵應用的PCB電路板擺放不下的困擾。

第四、也是最重要的一項要求,防護元件在ESD事件發生期間所提供的箝制電壓必須要夠低,不能造成傳輸資料的損壞。

  

  以上四項要求缺一不可,缺少了任何一個要項,按鈕/鍵盤訊號就無法被完善地保護。然而要同時符合以上四項要求的ESD防護元件,其本身的設計難度就相當高。

  

  AZ5515-02F系列產品封裝架構是DFN1006P3X支援兩個訊號的接腳,可同時保護按鍵的兩條訊號,可在受限於PCB面積不足但需兼顧ESD/EOS防護規格時最佳選擇應用。

   

 

 

  最重要是,AZ5515-02F擁有低ESD箝制電壓,可有效防止資料傳輸時被ESD事件所干擾,才能讓擁有鍵盤/按鍵連接埠的電子系統有機會通過Class-AIEC 61000-4-2系統級靜電放電保護測試。利用傳輸線脈衝系統(TLP)測量AZ5515-02F後,可以觀察到如圖1ESD箝制電壓特性。在IEC 61000-4-2接觸模式8kVESD衝擊下(TLP電流等效約為16A),箝制電壓僅有10V,將得以有效避免系統產品於靜電測試時發生資料錯誤、當機甚至損壞的情況。

  

 

1.AZ5515-02FESD箝制電壓測試曲線

 

    同時AZ5515-02F具有低電容特性,可應用於USB2.0高速訊號傳輸線路上應用,可參考AZ5515-02F防護元件對於寄生電容的特性曲線。

  

 

2.AZ5515-02FESD箝制電壓測試曲線

   

  目前訪間有眾多DFN1006P2E封裝架構的ESD防護元件,多數均為單通道防護規格產品、在狹小的PCB應用面積選用ESD防護時、採用AZ5515-02F DFN1006P3X雙通道防護封裝架構,會比傳統DFN1006P2E能節省50% PCB使用空間。

 

 

 

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