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          電路保護器件不斷創新

          2015-07-06

          目前電路保護產品供應商面臨的問題是如何保護小型的、管腳間距細密的集成電路。這些電路工作速率更快、工作電壓更低、功能更強大,因而也更易受損。同時,電信及數據通信系統運行速度更快,多條數據線上的電路保護器件必須具有極低的電容,以便于系統正常工作。此外,這些系統與電源系統一樣,工作環境更為惡劣,包括來自各種電源線的干擾。


          對于用分立器件來進行基本靜電放電(ESD)保護,供應商更偏向于電壓箝位變阻器,而非瞬態穩壓管(TVS),TVS是一種快速PN結二極管,在進行集成時,TVS常常結合電磁干擾/射頻干擾(EMI/RFI)濾波器。


          正在興起的電路保護及濾波器件是一種副產品,而各種電氣干擾則逐漸歸納為一種新的類別,稱為“線路異常(line anomalies)”。盡管線路異常問題可以交給工程隊伍來解決,但這些工程人員常常不能完全區分“保護”和“免除”,或者缺乏足夠的時間從底層開始研究一種合適的復合解決方案。因此,對于限流和外部正溫度系數(PTC)部件,所謂的“自復位熔絲”便成為一種流行解決方案,并在許多場合替代了一次性機械熔絲。


          最新的保護器件主要集中于兩個不同的領域。一方面是應用封裝技術集成過電壓或過電流保護元件與EMI/RFI抑制電路。另一方面則是增加了大量專用ESD的器件,這也是過電壓保護的一部分。此外還推出了表面貼裝、過孔安裝器件。


          這方面的最新產品是安森美半導體(ON Semiconductor)的NZ_F220,這是一種薄膜芯片,包括了一個用于ESD的7V箝位二極管、一個五部件二極管和一個RC低通π狀濾波器。這一器件解決了手機及其它便攜式產品、USB系統和電腦網絡中的瞬態過壓保護和EMI濾波問題。同時還去除了麥克風、揚聲器及電池產品中的射頻反饋,并有效地消除了快速交換時數據線上的瞬態電壓。該器件符合ESD靜電放電規范IEC61000,該規范要求15KV的空氣放電和8KV的接觸放電。安森美改進了該器件的溝塹式電容器二氧化氮技術,與現有技術相比,可成倍地增加給定面積上的電容量。該器件封裝尺寸2平方毫米,僅為SOT-23的70%。


          Semtech的SFC2282-50也頗引人注目,這是該公司ChipClamp系列的一種。它在一個倒裝芯片上集成了ESD保護和EMI/RFI濾波器,通帶時(高達10MHz)插入損耗低,高頻時(100 MHz-3 GHz)衰減性能佳。


          California Micro Devices推出集成ESD和EMI元件。該公司的CSPEMI20xA及-30xA系列采用芯片級封裝,可用于移動電子產品和音頻、數據口、USB、LCD及鍵盤。例如,其六通道器件CSPEMI306A可對PDA和筆記本電腦進行數據及I/O口保護。每一通道均有用于ESD的二極管和用于EMI的低通濾波器,后者為C-R-C π狀結構,在高于900 MHz時可提供-30 dB的信號抑制。California Micro Devices還推出了四通道ESD陣列CSPESD304。


          一些分立器件,如金屬氧化物變阻器(MOV),在基本的ESD解決方案中也應用頗廣。與集成電路類似,MOV是一種二合一器件。AVX公司的應用工程經理Ron Demcko 說:“我們正在研究500 kHz到1 GHz處于關斷狀態的氧化鋅變阻器的ESD,以便使設計者能將此元件作為濾波器進行評估?!蓖瑫r他還強調了ESD和EMI/RFI器件日益密切的聯系。即當用于ESD時,器件的電容值要小,而用于濾波器時,電容值要高。從而使設計人員使用盡可能少的元件。


          AVX目前還擴充了其UltraGuard產品線。該公司稱他們的變阻器漏電流極低,小于2mA,在電源管理IC和數據轉換應用中可延長電池壽命。該器件封裝為0402型。


          此外,AVX還開發出ZC14系列6焦耳變阻器產品,用于調制解調器及類似應用中的ESD、EMI和低浪涌的應用。此外,該公司的VC20變阻器可用于高達25焦耳的汽車設備中,尺寸僅為1210,它們可抑制損壞或斷開的交流發電機的浪涌現象。其它新型AVX產品包括用于汽車設備的控制器域網絡總線的有關器件,其電壓可低至2.7pF。


          其它ESD產品包括Cooper電子科技公司的SurgX 0603ESDA,該產品采用了一種用于打印機和掃描儀的聚合體技術。此外,Littelfuse公司也推出了其MLA、MLE和MHS系列0402變阻器,電容為3-12 pF,用于EMI濾波時為280 pF。


          電腦線路和直流電源總線的保護日趨復雜。其設計目標是將浪涌電壓控制在幾個伏特,由于工作和信號電壓越來越低,這一目標也越來越難實現。


          Microsemi公司推出了TiteClamp SM14LV1.7C產品,可保護10條數據線。在10安培時,該TVS器件可將線路電壓箝位到比信號線電壓最多高1.7V,并將浪涌電流引至電源線。它們采用14管腳SO-14封裝。


          Semtech公司的TVS產品SMS3.3和SMF3.3工作電壓為3.3V,漏電流可小至0.5mA。此前,該公司還推出了LCDA15-1 TVS,電容小于15pF,用于非對稱用戶數字線(ADSL)時典型值為8pF。


          Littelfuse公司的SP050有2-18個5V ESD保護通道。其應用包括USB、DSL、局域網及機頂盒??芍С值耐ǖ离娙轂?pF,箝位電壓為13V。


          Bourns 公司也推出了TISP4015、4030和4040雙向可控硅整流管,用于數字通信線路中的過電壓保護,目前在美國有售。這是一種低電壓器件,其額定反復波峰關斷電壓分別為±8V、±15V和±25V,最大關斷電壓為±15V、±30V和±40V。


          其它新型低電壓數據線保護器還有來自Teccor電子公司的產品,該公司專注于電話及高電壓振鈴應用中的感應浪涌電流研究。Teccor擴展了其Sidactor可控硅整流管產品(通常稱為可控硅無門整流管),推出了適用于10 Base T和100 Base T調制解調器的低電壓(8V)、低電容器件。


          其它數據線保護產品還有來安森美的NUP4201,該公司稱之為首個方型電腦USB2.0數據線保護器。該產品為SOIC-8封裝,它采用TVS二極管,線間電容為2.5pF,最差狀態下不超過5pF。這一器件可保護線路免受臨近的光電沖擊和其它高能量源的影響。


          飛利浦半導體公司也推出了BZA 系列的ESD產品,用于四數據、I/O或電源線。該器件采用SOT-353表面貼裝及SOT-665 SMD封裝,在今年第三季度初上市。工作電壓有5.6V、6.2V、6.8V和20 V幾種。該產品可承受8KV的接觸放電電壓,符合IEC61000-4-2要求。


          對于低電壓電源總線,Microsemi用于5V電源總線的TiteClamp系列產品可將30A、10/1,000微秒的波形箝位到7V以下。該公司稱,這一電壓比以前通用的產品低2V。


          意法半導體最近推出了PKC-136 Peakclamp器件,用于保護電源和電壓較高的開關模式電源及回掃轉換器免受過電壓毛刺損害。這種器件結合了該公司的Transil箝位二極管,開斷電壓為160V,并在一個DO-15軸狀封裝內集成了一個700V的模塊化二極管。該器件可承受10/1,000微秒的600瓦的脈沖峰值功耗。


          早些時候,泰科電子電源系統推出了Rayvoss TVSS。該公司稱這種元件是一種最為先進的瞬態浪涌電壓抑制器,可保護器件免受交流浪涌損害并且無需任何維護。Strikesorb MOV采用圓柱形的鋁材封裝,可防火,它有可能取代傳統的MOV。


          限流器件也在不斷研究發展。目前可選擇聚合正溫度系數(PPTC)器件。Bourns早先曾擴展其Multifuse PPTC系列產品,推出了90V器件以及MF-R055/90U和MF-R075/90U,用于混合光纖網絡中的電纜電話線。這種器件引腳呈放射狀,保持電流分別為550 mA和750 mA,可保護輸電線、網絡接口單元和機頂盒免受電力故障。

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