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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=VBR + Rs*Vg/Rg : (IEC61000-4-2的标准)
1) Vg=8KV 2)Rg=330Ω 3)PSOT05的Rs=0.14Ω 4)PSOT05的VBR=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
*註: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。