最新的無線終端產品大多數都裝備了高速數據接口、高分辨率LCD屏和相機模塊，甚至有些手機還安裝了通過DNB連接器接收電視節目的功能。除增加新的功能外，手機尺寸的挑戰依然沒有變化，手機還在向小巧、輕薄方向發展。眾多功能匯聚在一個狹小空間內，導致手機設計中的ESD和EMI問題變得更加嚴重。這些問題必須在手機設計的最初階段解決，并需要按照應用選擇有效的解決辦法。

ESD和EMI防護設計的新挑戰

傳統的ESD保護或EMI濾波功能是由分立或無源器件解決方案占主導地位，例如，防護ESD的變阻器或防護EMI的基于串聯電阻和并聯電容器的PI型濾波結構。手機質量標準的提高和新型IC的高EMI敏感度促使設計人員必須提高手機的抗干擾能力，因此某些方案的技術局限性已顯露出來了。

簡單比較變阻器和TVS二極管的鉗位電壓Vcl，就可以理解傳統解決方案的局限性。變阻器的鉗位電壓Vcl(8/20ms@Ipp=10A測試)顯示大約 40V，比TVS二極管的Vcl測量值高60%。當必須實施IEC 61000-4-2標準時，要想實現整體系統的穩健性就不能怱視這種差別。除這個內在的電壓差問題外，在手機使用壽命期內，隨著老化現象的出現，無源器件解決方案還暴露出電氣特性變化的問題。

因此，TVS二極管解決方案在ESD保護市場占據很大的份額，同時集成化的硅解決方案也是EMI濾波器不可或缺的組件。

是采用單線TVS還是ESD陣列保護？

關于某些充分利用ESD保護二極管的布局建議，我們通常建議盡可能把ESD二極管放置距ESD干擾源最近的地方。最好放在I/O接口或鍵盤按鍵的側邊。因此，在選擇正確的保護方法之前必須先區分應用形式。

以鍵盤應用為例，因為ESD源是一個含有多個觸點的大區域，最好是設計類似于單線路TVS的保護組件，圍繞電路板在每個按鍵后放置一個ESD二極管。如果采用陣列設計，保護功能將得到保證，但是這種設計將會受到潛在的ESD問題的影響，例如二條線路之間的輻射問題。在這種情況下，手機內部的ESD干擾控制并沒有被全面優化。

全新的單線保護

正當單線保護器件被廣泛用于抑制ESD放電時，一種在同一封裝內集成兩個并聯二極管的兩級鉗位概念產生了。圖1對傳統的單線ESD保護與新型兩級鉗位二極管組件進行了對比。

與目前的單線ESD保護二極管相比，這種創新將ESD防護性能進一步提高了。如果實施ESD放電，當在該IC輸入端上施加15kV空氣放電時，兩個鉗位級確保輸出端殘留最少的放電電壓。

與單ESD解決方案相比，當施加15kV放電電壓時，并聯兩個二極管的方案將輸出殘余電壓降低40%。此外，意法半導體(ST)開發的新封裝 SOD882還有助于節省PCB空間，因為即便內置兩個二極管，每線僅占用面積0.6mm2。同時，封裝高度在0.4到0.5mm之間，特別適合纖薄型和滑板手機。

雖然單ESD二極管在鍵盤應用中找到了適合自己的位置，但是我們不妨介紹一下二極管陣列解決方案。在多條數據線路通過一個獨特的連接器被集中在一點的情況中，ESD陣列二極管通常被用于節省電路板空間，提高連接器保護功能的穩健性。SIM卡連、手機底座連接器、外部存儲卡、手機連接器等都是這種情況，如圖2所示。

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ESD陣列優化PCB面積

ESD二極管陣列解決方案的最大優點是，在一個外部尺寸極小的封裝內提供4個或5個TVS二極管。實際上，這是保護整個I/O連接器所必須的，因為ESD干擾的入口點通常集中于一個相對較小的面積上。

ESD保護二極管被焊接在I/O連接器附近，用于防止61000-4-2標準規定的8kV接觸放電和15kV空氣放電時所產生的任何損壞。這意味著當通過一個330Ω電阻給一個150pF電容放電時，ESD保護二極管能夠抵抗15kV的電壓。

ST最近擴充了保護二極管陣列產品線，推出了一個名為M6的微型封裝。新產品比現有的SOT323和SOT666節省PCB空間高達75%和45%。

超高速數據線路保護