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键盘及按键应用的 ESD/EOS 最佳解决方案

2019/05/24

        在今年随着USB TYPE C的热门话题中,USB TYPE C端口连接应用是最受瞩目的新应用端口。自从USB开发者论坛(USB-IF)发布,并于2014年八月完成。 外观上最大特点就在于端口的上下讯号为完全对称架构,连接时客户端不用受限于传统Micro-USB端口应用需区别USB的正反两面,可直接插入正反两面都可应用。   


        现有科技应用产品,讲究高校应用输出,同时须兼容便利性,因此在应用可透过USB TPYE C广泛的应用于随身装置、VR装置、在接受IEC61000 -4-2静电防护测试的时候、对于装置上的按钮/按键不可避免的会遭受静电能量的影响、导致系统出现异常现象,最终会造成电子科技产品出现严重损毁的状况,不外乎是由EOS(Electrical Over Stress) 指所有的过度电性应力。当外界电流或电压超过器件的最大规范条件时,器件性能会减弱甚至损坏。   


        产品设计初期须同时兼顾ESD/EOS防护设计规格的方向,在选择TVS防护零件时 需同时选择兼具ESD/EOS防护规格组件。   


        对于USB TYPE C应用的随身装置,往往会受限于PCB面积而不容易挑选适合的TVS防护组件,针对此应用需求晶焱科技拥有先进的ESD防护设计技术研发出符合市场端应用的封装规格料件采用Array架构规格,在电子产品朝向轻薄短小的发展趋势下,产品的印刷电路板(PCB)也随之越来越小,但在产品功能强大的要求之下,线路也变得更加复杂,因此PCB的面积已变得寸土寸金,造成产品设计时相当大的困扰。


应用在键盘/按键端口的保护零件所需要件

要在键盘/按键讯号的ESD防护组件必须同时符合下面三项要求: 

第一、ESD防护组件本身必须兼具的Peak Pulse Current参数,为了有更好的EOS防护效果。  

第二、防护组件对ESD的耐受能力必须要高,最少要能承受IEC 61000-4-2接触模式8kV ESD的轰击。 

第三、ESD防护组件设计的封装大小不宜过大(不建议摆放超过2.0mm x 2.0mm),避免ESD防护组件于键盘/按键应用的PCB电路板摆放不下的困扰。  

第四、也是最重要的一项要求,防护零件在ESD事件发生期间所提供的箝制电压必须要够低,不能造成传输数据的损坏。    


        以上四项要求缺一不可,缺少了任何一个要项,按钮/键盘讯号就无法被完善地保护。然而要同时符合以上四项要求的ESD防护组件,其本身的设计难度就相当高。 


        AZ5515-02F系列产品封装架构是DFN1006P3X支持两个讯号的接脚,可同时保护按键的两条讯号,可在受限于PCB面积不足但需兼顾ESD/EOS防护规格时最佳选择应用。



        最重要是,AZ5515-02F拥有低ESD箝制电压,可有效防止数据传输时被ESD事件所干扰,才能让拥有键盘/按键端口的电子系统有机会通过Class-A的IEC 61000-4-2系统级静电放电保护测试。利用传输线脉冲系统(TLP)测量AZ5515-02F后,可以观察到如图1的ESD箝制电压特性。在IEC 61000-4-2接触模式8kV的ESD冲击下(TLP电流等效约为16A),箝制电压仅有10V,将得以有效避免系统产品于静电测试时发生数据错误、当机甚至损坏的情况。


图1.AZ5515-02F的ESD箝制电压测试曲线

图1.AZ5515-02F的ESD箝制电压测试曲线


        同时AZ5515-02F具有低电容特性,可应用于USB2.0高速讯号传输线路上应用, 可参考AZ5515-02F防护组件对于寄生电容的特性曲线。


图2.AZ5515-02F的ESD箝制电压测试曲线


        目前访间有众多DFN1006P2E封装架构的ESD防护零件,多数均为单信道防护规格产品、在狭小的PCB应用面积选用ESD防护时、采用AZ5515-02F DFN1006P3X双通道防护封装架构,会比传统DFN1006P2E能节省50% PCB使用空间。

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