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关于可穿戴设备电路保护你不敢问的15 个问题 探讨的主题涉及外形尺寸、低电容、TVS 二极管和早期静电放电规划/保护 文：James Colby ，力特公司半导体事业部业务和技术开发经理 最近你有没有参加电子产品或设计展览会？有没有去过大型零售商的商店或者浏览过电子产品供 应商的网页？如果是这样的话，你可能看到过许多可穿戴技术的应用实例，包括智能眼镜、服装、 腕戴饰物、鞋类、颈饰和头带。可穿戴计算是目前市场上最为热门的消费类电子产品发展趋势之 一。据IDTechEx预测，其全球销售额预计将从2014 年的140 亿美元增长至2024 年的超过700 亿 美元。 随着消费者越来越依赖于诸如智能眼镜、健身腕带等可穿戴设备，采用先进的电路保护技术以保 护设备和用户便成为电路设计人员所面临的任务。这些设备在与用户的亲密接触中常常会产生静 电放电，如果没有适当的保护措施，会导致设备的感应电路、充电接口、按钮或数据输出和输入 端不可挽回的损坏。 电路设计人员在设计过程中面临许多挑战。这些挑战来自于大多数可穿戴设备不断变小的外形以 及对于改善设备性能的需求。针对关于设备大小和外形尺寸、TVS 二极管和其耐受水平、静电放 电击穿放电、低电容与性能要求、以及早期静电放电规划和保护的好处的15 个重要问题，本文专 门给出了答案。这些答案将有助于今天的电路设计人员在可穿戴技术设计时提高性能、安全性和 可靠性。 常见问题解答： 设备尺寸和形状因素 尺寸与静电放电稳健性的基准是什么？ 答：过去，为了达到优异的静电放电性能（低钳位电压），需要大的二极管结构。现在由于 晶圆制造工艺和后端组装能力的稳步提高，小形状因数具有强健的静电放电保护成为可能。 例如，力特公司通用的01005 瞬态电压抑制（TVS ）二极管可以承受30kV 的接触放电（根据 IEC 61000-4-2 ）。其还拥有小于1Ω 的动态电阻值。 运用必威体育精装版的静电放电保护技术可以缩小多大面积？ 答：TVS 二极管最为常见的分立形状因数为SOD882 封装，相当于长1.0mm、宽0.6 毫米的外 形。转而采用0201 的形状因数（0.6mm*0.3mm ）可以使设计人员节省大约70% 的电路板面积。 如果采用01005 外形，与SOD882 相比节省的面积超过85% ！ 小形状因数有哪些缺点？为了适应小形状因数，是否需要在性能上做出妥协？ 答：根据第一个问题中所讨论的技术进步，我们并没有发现在静电放电性能上有任何缺点。 具有小形状因数的分立半导体元件可以具有与比尺寸更大的对应元件（如SOD323 、SOD123 ） 同等水平的静电放电稳健性（30kV ）和低钳位性能（动态电阻 1Ω）。然而，该元件的小尺 寸可能会对制造造成挑战。尺寸为0.4mm*0.2mm 的01005 封装需要精心设计的电路板处理 （焊盘、模板厚度等），以确保元件在回流焊接工艺中不会滑动或成为“墓碑” 。 TVS 二极管和静电放电击穿放电 如果我需要在集成电路（IC）的每个引脚上设计分立的TVS 二极管，是否会占据更多的电路板 面积并会导致物料清单（BOM）增加？ 答：在一般情况下，大多数设计并不需要在集成电路的每个引脚设计板级 TVS 二极管。相反， 设计人员应确定哪些引脚会暴露于应用的外部。典型的电路包括USB、音频、按键/开关控制 和其他数据总线。由于添加这些分立器件会占用电路板空间，因此致力于减小它们的尺寸是 很重要的。事实上，我们现在已经达到0201 和01005 外形尺寸的这种程度。对于某些应用来 说，还有一些节省空间的多通道阵列可用。 当集成电路设计人员创建使用较低工作电流的产品时，终端应用（如智能手机或平板电脑） 是否依然可靠？ 答：静电放电保护器件制造商将会继续致力于开发具有越来越低钳位电压的产品。像力特这 样的公司也会与板级设计人员合作，以确保正确的电路布局做法得以遵循，以保护应用的可 靠性。具有低动态电阻的耦合产品与正确的电路板布局做法将确保即使具有最敏感的集成电 路的应用依然有可靠表现。 如何在单向和双向TVS 二极管之间进行选择？ 答：单向二极管通常用于直流电路，包括按钮和开关。它们也被设计用于没有负电压作为信 号一部分的数字电路中（如USB 、HDMI 等）。双向二极管被用于交流