智能手機PCB設計ESD防護技術

下面分別介紹TVS在智能手機各個模組中實現(xiàn)ESD防護設計時的應用。便攜設備對電路保護方案的需求正在迅速增長，本文以智能手機ESD防護為例，解析TVS元件在智能手機各個模組中的應用。在便攜產(chǎn)品往更小尺寸、更加智能、更低功耗和更多功能的方向發(fā)展的同時， 產(chǎn)品的可靠性和安全問題也承受越來越多的考驗，尤其是更多的人機交互界面增加了ESD（靜電釋放）風險，本文以智能手機ESD防護為例，分析TVS（瞬態(tài)電壓抑制器）在智能手機各個模組的應用案例。據(jù)介紹，ESD進入手機有兩種途徑，第一種途徑是以電磁波干擾的形式，特別是在手機外殼接地設定不是非常好的情況下，外部ESD會在手機外殼上儲存電荷，當電荷積累到一定程度時就會產(chǎn)生電位，進而產(chǎn)生電磁波干擾。手機內(nèi)部采用CMOS制程的IC很容易受這個干擾而發(fā)生閂鎖效應，嚴重時甚至會造成電源與地之間短路。第二種途徑是靜電電流通過手機外殼直接流入PCB板，導致IC內(nèi)部的晶體管損壞。所以，在設計電路的時候必須采用TVS元件來實現(xiàn)對ESD的防護，而TVS元件要達到隔絕ESD的效果，必須成功實現(xiàn)兩個功能。一是將電流引入到地，避開受保護的IC；二是TVS元件兩端電壓必須箝制在系統(tǒng)可接受的值以下，箝制電壓越低保護功能越好。其認為，ESD風險存在于智能手機的各種接口中，基本上有接口的地方都可能需要用到TVS。另外，智能手機的EMI（電磁干擾）問題也需要克服，在攝像頭模組和LCD模組這些地方應選擇同時具有EMI和ESD保護效果的產(chǎn)品，下面分別介紹TVS在智能手機各個模組中實現(xiàn)ESD防護設計時的應用。一、觸控面板模組。觸控面板是用手指去碰觸的人機交互界面，極易受ESD的干擾。PCB設計時TVS可以加在軟板導線出現(xiàn)連接器的位置，以有效防護經(jīng)由連接器產(chǎn)生的ESD現(xiàn)象。另外，在終端使用時會有來自觸控面板邊緣屏蔽層的ESD風險，因此在屏蔽層與接地線之間也應該加TVS，一方面用以避免信號干擾，另一方面可有效箝制電路系統(tǒng)電壓。電源線和地之間采用單顆TVS管形式，其它端口則采用TVS陣列來實現(xiàn)。二、實體按鍵部分?，F(xiàn)在的智能手機大部分具有觸控功能，也有一部分是實體按鍵，使用者需要直接接觸這些實體按鍵進行操作，而實體按鍵的間隙經(jīng)常會出現(xiàn) ESD現(xiàn)象。設計時TVS元件應盡量放到靠近按鍵接點附近，利用其比前端按鍵控制IC元件較低的箝制電壓及耐高突波電流的特性，有效作為第一線的防護。三、顯示模組LCD接口。對于LCD并行接口的軟板，大多無法設計太多層的鋪銅，因此信號比較難對應到參考接地面，也經(jīng)常會有信號跨越另一層地面切孔情況發(fā)生，從而造成信號完整性缺失或EMI問題；此外多腳位的軟板由于面積較大，在手機狹小的空間中會與許多機構接觸，因此無論在成品使用或半成品生產(chǎn)時，經(jīng)常會受到外界雷電及人體或環(huán)境ESD的直接或耦合影響，進而危害到控制IC。此時可用具有ESD防護功能的EMI濾波器來有效防止這些問題的發(fā)生。四、電源系統(tǒng)部分。當智能手機取下電池后，所有連接到半導體元件中的電位并不容易完全釋放掉，這些與電源管理IC連接的元件，一開始因儲存了特定電位，因此開機或關機過程中，都有可能引發(fā)過大的高低突波，進而造成部分元件毀損。電源控制IC的周邊都需加上TVS元件，且PCB設計時TVS應盡量放置在靠近電源控制IC的位置。特別需要注意的是對于不同的電源電壓應采用其相對應箝制電壓的TVS元件。五、NFC天線部分。在自然環(huán)境中的雷電或是人體及環(huán)境中的ESD，都有機會透過NFC天線放電進入到手機中，進而造成天線接收端的元件損壞。由于RF信號對電容值非常敏感，0.5μ以下電容值的TVS元件才適用于NFC天線部分ESD防護的使用。PCB設計時TVS元件應盡量放到靠近NFC天線的接點墊片附近，利用其比前端元件較低的箝制電壓及耐高突波電流的特性，有效地實現(xiàn)第一線的防護。