香港天微應用於電動牙刷充電介面的ESD保護方案

1、Type-c介面ESD保護晶片選擇

Type-C介面在平時使用中,經常需要插拔,更容易受人體靜電放電的傷害,其內部是高集成度的晶片,靜電放電會造成元器件性能減弱甚至損壞同時,Type-C介面具備的更高數據傳輸速率,快充功能這些優勢,對靜電防護的要求將會更高。

Type-C介面ESD防護組件,得兼具以下三項要求:

1、更高的Ipp

2、耐受能力最少要能承受IEC 61000-4-2接觸模式8kV ESD的衝擊

3、封裝大小不宜過大

4、更低的Vc

因此香港天微推薦選用TT0516ST,TT0374SP-HFx,TS2451LJ-P三款晶片。

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表1  三款晶片的主要性能參數表

TT0516ST

從下圖可以看出,TT0516ST主要是由具有一定的ESD保護電壓額定值的二極體陣列組成的,它具有6個通道數,VRWM(最大連續工作的脈衝電壓)為5V,即反向電壓5V加於TT0516ST上時,二極體陣列處於反向關斷狀態;VBR(最小的雪崩電壓)為6V,即25°C時,所加的反向電壓在6V之前,保護的二極體陣列不導通;TT0516ST的VC@Ipp為12V@1A,即在流過的峰值電流為1A其兩端電壓可以鉗位在12V;寄生電容Cj僅為0.4pF,能夠保證高頻信號穩定傳輸不失真。

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圖1 TT0516ST內部電路圖

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圖2 TT0516ST內部引腳圖

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圖3 TT0516ST鉗位電壓圖

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圖4 TT0516ST晶片的TLP測試曲線圖

TT0374SP-HFx

這款晶片是香港天微最新推出的新品,從下圖可以看出,TT0374SP-HFx主要是由具有一定的ESD保護電壓額定值的二極體陣列組成的,它具有4個通道數,VRWM(最大連續工作的脈衝電壓)為3.3V,即反向電壓3.3V加於TT0374SP-HFx上時,二極體陣列處於反向關斷狀態;VBR(最小的雪崩電壓)為6.2V,即25°C時,所加的反向電壓在6.2V之前,保護的二極體陣列不導通;TT0374SP-HFx的VC@Ipp為6.6V@7A,即在流過的峰值電流為7A其兩端電壓可以鉗位在6.6V; 值得一提的是,TT0374SP-HFx的工作漏電流IR僅為0.01μA,因此能夠極小減少電路工作的功耗。

性能亮點:

1、為確保通過高速信號數據傳輸的完整性,該新品具有超低電容(VR=0V,f = 1MHz:IO-GND容值低至0.26 pF)。

2、採用香港天微獨有的深回滯前沿專利技術,新品具有較低的鉗位電壓(8/20μs測試波形:IPP=7A,Vc=6.6 V),相比普通的無回滯和淺回滯器件,深回滯器件能為電路提供更好的保護性能。

3、具有較高的ESD耐受能力,能承受IEC 61000-4-2測試的14kV接觸放電和15kV空氣放電的ESD衝擊。

4、外形小巧,具有四通路的集成陣列式DFN2510封裝,可最大限度地減少在PCB上所佔用的空間,且成本更低。

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圖5 TT0374SP-HFx引腳配置圖

TS2451LJ-P

從下圖可以看出,TS2451LJ-P是由一個單一二極體組成的,因此它只具有1個通道數,屬於單向器件。再由表1可知,TS2451LJ-P 是一款採用DFN2020-3L封裝的單向24V保護器件,具備強大的衝擊電路承受能力,其Ipp(脈衝峰值電流)可達200A,能夠在暫態大電流衝擊下保持正常工作。

VRWM(最大連續工作的脈衝電壓)為24V,即反向電壓24V加於TS2451LJ-P上時,二極體陣列處於反向關斷狀態;VBR(最小的雪崩電壓)為26V,即25°C時,所加的反向電壓在26V之前,保護的二極體陣列不導通;TS2451LJ-P的VC@Ipp為33V@200A,即在流過的峰值電流為200A其兩端電壓可以鉗位在33V,漏電流IR僅為0.5μA,能夠實現低功耗的工作。

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圖6  TT2451LJ-P電路示意圖

2、USB介面ESD保護晶片選擇

USB2.0高速介面

1、為確保通過USB2.0傳遞高速信號完整性,選擇該器件時需使用具有較低電容的ESD保護組件

2、具有較高的ESD耐電壓能力,至少要承受IEC 61000-4-2中規定的8kV接觸放電的ESD衝擊

3、ESD鉗位電壓是比較重要參數。較低的鉗位電壓表示更好的保護性能。

VBUS 位置加 ESD 防護器件(一般為單向)

o 結電容大小不用過多考慮

o 最大反向工作電壓:5V

o 擊穿電壓:6V左右

o 鉗位電壓:十幾伏左右

· 差分信號線位置加 ESD 防護器件(一般為雙向),防止靜電從信號線損壞晶片

o 結電容:盡可能小,防止影響傳輸速率,最好在 1pF 以下

o 最大反向工作電壓:5V

o 擊穿電壓:6V左右

o 鉗位電壓:十幾伏左右

為滿足以上要求,香港天微針對USB2.0 ESD/EOS推出其產品:TT0514TL、TT0521SB、TS0511LE。

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表2 TT0514TL、TT0521SB、TS0511LE主要性能參數

TT0521SB

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圖7 TT0521SB電路示意圖

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圖8 TT0521SB引腳配置圖

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圖9 TT0521SB晶片的TLP曲線

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圖10 TT0514TL電路示意圖

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圖11 TT0514TL引腳配置圖

TT0514TL

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圖10 TT0514TL電路示意圖

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圖11 TT0514TL引腳配置圖

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圖12 TT0514TL晶片的TLP曲線圖

TT0511LE

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圖13 TT0511LE引腳配置圖

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圖14 TT0511LE封裝晶片示意圖

USB3.0高速介面

針對傳輸速度和穩定性更高的USB3.0選擇ESD保護晶片,採用的是香港天微最新推出的ESD新品TT0374SP-HFx,該產品具有以下優勢:

1、為確保通過高速信號數據傳輸的完整性,新品具有超低電容(VR=0V,f = 1MHz:IO-GND容值低至0.26 pF)。

2、採用我司獨有的深回滯前沿專利技術,新品具有較低的鉗位電壓(8/20μs測試波形:IPP=7A,Vc=6.6 V),相比普通的無回滯和淺回滯器件,深回滯器件能為電路提供更好的保護性能。

3、具有較高的ESD耐受能力,能承受IEC 61000-4-2測試的14kV接觸放電和15kV空氣放電的ESD衝擊。

4、外形小巧,具有四通路的集成陣列式DFN2510封裝,可最大限度地減少在PCB上所佔用的空間,且成本更低。

5、值得一提的是,TT0374SP-HFx的工作漏電流IR僅為0.01μA,因此能夠極小減少電路工作的功耗。

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表3 TT0374SP-HFx、TT0514TL晶片主要性能參數表

TT0514TL

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圖15 TT0514TL電路示意圖

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圖16  TT0514TL引腳配置圖

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圖17 TT0514TL晶片的TLP曲線圖

TT0374SP-HFx

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圖18  TT0374SP-HFx引腳配置圖

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