电路保护器件不断创新

上网时间: 2002年09月01日? 作者:毕伟胜? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:circuit protection? 基本静电放电? ESD?

目前电路保护产品供应商面临的问题是如何保护小型的、管脚间距细密的集成电路。这些电路工作速率更快、工作电压更低、功能更强大,因而也更易受损。同时,电信及数据通信系统运行速度更快,多条数据线上的电路保护器件必须具有极低的电容,以便于系统正常工作。此外,这些系统与电源系统一样,工作环境更为恶劣,包括来自各种电源线的干扰。

对于用分立器件来进行基本静电放电(ESD)保护,供应商更偏向于电压箝位变阻器,而非瞬态稳压管(TVS),TVS是一种快速PN结二极管,在进行集成时,TVS常常结合电磁干扰/射频干扰(EMI/RFI)滤波器。

正在兴起的电路保护及滤波器件是一种副产品,而各种电气干扰则逐渐归纳为一种新的类别,称为“线路异常(line anomalies)”。尽管线路异常问题可以交给工程队伍来解决,但这些工程人员常常不能完全区分“保护”和“免除”,或者缺乏足够的时间从底层开始研究一种合适的复合解决方案。因此,对于限流和外部正温度系数(PTC)部件,所谓的“自复位熔丝”便成为一种流行解决方案,并在许多场合替代了一次性机械熔丝。

最新的保护器件主要集中于两个不同的领域。一方面是应用封装技术集成过电压或过电流保护元件与EMI/RFI抑制电路。另一方面则是增加了大量专用ESD的器件,这也是过电压保护的一部分。此外还推出了表面贴装、过孔安装器件。

这方面的最新产品是安森美半导体(ON Semiconductor)的NZ_F220,这是一种薄膜芯片,包括了一个用于ESD的7V箝位二极管、一个五部件二极管和一个RC低通π状滤波器。这一器件解决了手机及其它便携式产品、USB系统和电脑网络中的瞬态过压保护和EMI滤波问题。同时还去除了麦克风、扬声器及电池产品中的射频反馈,并有效地消除了快速交换时数据线上的瞬态电压。该器件符合ESD静电放电规范IEC61000,该规范要求15KV的空气放电和8KV的接触放电。安森美改进了该器件的沟堑式电容器二氧化氮技术,与现有技术相比,可成倍地增加给定面积上的电容量。该器件封装尺寸2平方毫米,仅为SOT-23的70%。

Semtech的SFC2282-50也颇引人注目,这是该公司ChipClamp系列的一种。它在一个倒装芯片上集成了ESD保护和EMI/RFI滤波器,通带时(高达10MHz)插入损耗低,高频时(100 MHz-3 GHz)衰减性能佳。

California Micro Devices推出集成ESD和EMI元件。该公司的CSPEMI20xA及-30xA系列采用芯片级封装,可用于移动电子产品和音频、数据口、USB、LCD及键盘。例如,其六通道器件CSPEMI306A可对PDA和笔记本电脑进行数据及I/O口保护。每一通道均有用于ESD的二极管和用于EMI的低通滤波器,后者为C-R-C π状结构,在高于900 MHz时可提供-30 dB的信号抑制。California Micro Devices还推出了四通道ESD阵列CSPESD304。

一些分立器件,如金属氧化物变阻器(MOV),在基本的ESD解决方案中也应用颇广。与集成电路类似,MOV是一种二合一器件。AVX公司的应用工程经理Ron Demcko 说:“我们正在研究500 kHz到1 GHz处于关断状态的氧化锌变阻器的ESD,以便使设计者能将此元件作为滤波器进行评估。”同时他还强调了ESD和EMI/RFI器件日益密切的联系。即当用于ESD时,器件的电容值要小,而用于滤波器时,电容值要高。从而使设计人员使用尽可能少的元件。

AVX目前还扩充了其UltraGuard产品线。该公司称他们的变阻器漏电流极低,小于2mA,在电源管理IC和数据转换应用中可延长电池寿命。该器件封装为0402型。

此外,AVX还开发出ZC14系列6焦耳变阻器产品,用于调制解调器及类似应用中的ESD、EMI和低浪涌的应用。此外,该公司的VC20变阻器可用于高达25焦耳的汽车设备中,尺寸仅为1210,它们可抑制损坏或断开的交流发电机的浪涌现象。其它新型AVX产品包括用于汽车设备的控制器域网络总线的有关器件,其电压可低至2.7pF。

其它ESD产品包括Cooper电子科技公司的SurgX 0603ESDA,该产品采用了一种用于打印机和扫描仪的聚合体技术。此外,Littelfuse公司也推出了其MLA、MLE和MHS系列0402变阻器,电容为3-12 pF,用于EMI滤波时为280 pF。

电脑线路和直流电源总线的保护日趋复杂。其设计目标是将浪涌电压控制在几个伏特,由于工作和信号电压越来越低,这一目标也越来越难实现。

Microsemi公司推出了TiteClamp SM14LV1.7C产品,可保护10条数据线。在10安培时,该TVS器件可将线路电压箝位到比信号线电压最多高1.7V,并将浪涌电流引至电源线。它们采用14管脚SO-14封装。

Semtech公司的TVS产品SMS3.3和SMF3.3工作电压为3.3V,漏电流可小至0.5mA。此前,该公司还推出了LCDA15-1 TVS,电容小于15pF,用于非对称用户数字线(ADSL)时典型值为8pF。

Littelfuse公司的SP050有2-18个5V ESD保护通道。其应用包括USB、DSL、局域网及机顶盒。可支持的通道电容为3pF,箝位电压为13V。

Bourns 公司也推出了TISP4015、4030和4040双向可控硅整流管,用于数字通信线路中的过电压保护,目前在美国有售。这是一种低电压器件,其额定反复波峰关断电压分别为±8V、±15V和±25V,最大关断电压为±15V、±30V和±40V。

其它新型低电压数据线保护器还有来自Teccor电子公司的产品,该公司专注于电话及高电压振铃应用中的感应浪涌电流研究。Teccor扩展了其Sidactor可控硅整流管产品(通常称为可控硅无门整流管),推出了适用于10 Base T和100 Base T调制解调器的低电压(8V)、低电容器件。

其它数据线保护产品还有来安森美的NUP4201,该公司称之为首个方型电脑USB2.0数据线保护器。该产品为SOIC-8封装,它采用TVS二极管,线间电容为2.5pF,最差状态下不超过5pF。这一器件可保护线路免受临近的光电冲击和其它高能量源的影响。

飞利浦半导体公司也推出了BZA 系列的ESD产品,用于四数据、I/O或电源线。该器件采用SOT-353表面贴装及SOT-665 SMD封装,在今年第三季度初上市。工作电压有5.6V、6.2V、6.8V和20 V几种。该产品可承受8KV的接触放电电压,符合IEC61000-4-2要求。

对于低电压电源总线,Microsemi用于5V电源总线的TiteClamp系列产品可将30A、10/1,000微秒的波形箝位到7V以下。该公司称,这一电压比以前通用的产品低2V。

意法半导体最近推出了PKC-136 Peakclamp器件,用于保护电源和电压较高的开关模式电源及回扫转换器免受过电压毛刺损害。这种器件结合了该公司的Transil箝位二极管,开断电压为160V,并在一个DO-15轴状封装内集成了一个700V的模块化二极管。该器件可承受10/1,000微秒的600瓦的脉冲峰值功耗。

早些时候,泰科电子电源系统推出了Rayvoss TVSS。该公司称这种元件是一种最为先进的瞬态浪涌电压抑制器,可保护器件免受交流浪涌损害并且无需任何维护。Strikesorb MOV采用圆柱形的铝材封装,可防火,它有可能取代传统的MOV。

限流器件也在不断研究发展。目前可选择聚合正温度系数(PPTC)器件。Bourns早先曾扩展其Multifuse PPTC系列产品,推出了90V器件以及MF-R055/90U和MF-R075/90U,用于混合光纤网络中的电缆电话线。这种器件引脚呈放射状,保持电流分别为550 mA和750 mA,可保护输电线、网络接口单元和机顶盒免受电力故障。

作者:毕伟胜


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