KEY按键静电保护方案
方案简介
KEY按键是电子设备中常见的输入设备之一,其原理简单,常见于许多应用,包括手机、汽车和人机界面 (HMD)。KEY按键通常由按键帽、弹簧、触点等部分组成。当按键被按下时,按键帽推动弹簧使触点闭合,从而改变电路中的电平状态(通常是从高电平变为低电平),这个电平变化被微控制器或其他电路检测并转换为相应的操作指令。
KEY按键的应用场景具备大面积接触区域,为 ESD 进入系统提供低阻抗路径,面临着静电放电(ESD)的潜在威胁。由于按钮在人机交互中的核心作用,集成ESD保护二极管于系统中显得尤为重要,能有效避免下游电路受瞬态电压的侵害。为确保系统整体对ESD冲击的抵御能力,在挑选适宜的ESD保护二极管时,必须细致考量按钮接口的独特属性与需求。
KEY ESD保护要求
在为KEY按键选择ESD保护器件时我们需要考虑如下要求:
- 工作电压
保护二极管的反向工作电压 (VRWM)必须大于受保护系统的工作电压。
- 极性
可以使用一个单向或双向二极管来保护系统。当线路上只有正电压时,建议使用单向二极管。单向二极管还会钳位在较低电压以应对负 ESD 冲击,当应用对负电压冲击的耐受性较低时,这是一项优势。当存在正电压或负电压时,建议使用双向二极管。
- 钳位电压
可能有许多不同的系统在使用一个按钮或键盘。这导致 ESD 二极管的钳位电压取决于按钮的下游电路。
- 电容
按钮通常位于低速和低电压的数据线上,信号速度较低,因此在选择 ESD 保护器件时,推荐使用常规电容的器件。
- IEC 61000-4-2 等级
IEC 61000-4-2 测试标准定义了实际的 ESD 冲击。该标准包含两项测量:接触放电和空气间隙放电。接触和空气间隙等级越高,器件能够承受的电压就越高。对于按钮、键盘和侧键,建议触点采用最低 IEC61000-4-2 等级,即 8kV。由于空气间隙放电是按钮上更为突出的 ESD 形式,因此建议使用 15kV 或更高的 IEC 61000-4-2 等级。
应用示例

我们为KEY按键推荐了三款常规电容ESD防护器件,型号分别为SENC5D5V1BA、SENC2F5V1BA和SENC2X5V1BA。三款器件都为单通道双向保护器件,一个ESD器件可以对单条线路进行静电防护。客户可根据线路情况进行选择。
SENC5D5V1BA的工作电压为5V,钳位电压为8.5V,结电容为15pF,SOD-523封装,符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4 规范,在 ±25kV(空气)和 ±25kV(接触)下提供瞬变保护。
SENC2F5V1BA的工作电压为5V,钳位电压为10V,结电容为10pF,DFN1006-2L封装,符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4 规范,在 ±30kV(空气)和 ±30kV(接触)下提供瞬变保护。
SENC2X5V1BA的工作电压为5V,钳位电压为10V,结电容为12pF,DNF0603-2L封装,符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4 规范,在 ±25kV(空气)和 ±25kV(接触)下提供瞬变保护。
型号参数
|
规格型号 |
方向 |
工作电压(V) |
IPP(A) |
钳位电压(V) |
结电容(pF) |
封装 |
|
SENC5D5V1BA |
Bi |
5 |
8 |
8.5 |
15 |
SOD-523 |
|
SENC2F5V1BA |
Bi |
5 |
6 |
10 |
10 |
DFN1006-2L |
|
SENC2X5V1BA |
Bi |
5 |
10 |
10 |
12 |
DNF0603-2L |
电气特性表
At TA = 25℃ unless otherwise noted
|
Parameter |
Symbol |
Conditions |
Min. |
Typ. |
Max. |
Units |
|
Reverse Stand-off Voltage |
VRWM |
|
|
|
5.0 |
V |
|
Reverse Breakdown Voltage |
VBR |
IT=1mA |
5.8 |
|
|
V |
|
Reverse Leakage Current |
IR |
VRWM=5V |
|
|
1.0 |
uA |
|
Clamping Voltage |
VC |
IPP=1A; tp=8/20us |
|
7.0 |
8.0 |
V |
|
Clamping Voltage |
VC |
IPP=8A; tp=8/20us |
|
8.5 |
10.0 |
V |
|
Junction Capacitance |
CJ |
I/O to I/O; VR=0V; f=1MHz |
|
15 |
20 |
pF |
表1 SENC5D5V1BA电气特性表
|
Parameter |
Symbol |
Conditions |
Min. |
Typ. |
Max. |
Units |
|
Reverse Stand-off Voltage |
VRWM |
|
|
|
5.0 |
V |
|
Reverse Breakdown Voltage |
VBR |
IT=1mA |
5.6 |
|
|
V |
|
Reverse Leakage Current |
IR |
VRWM=5V |
|
|
1.0 |
uA |
|
Clamping Voltage |
VC |
IPP=1A; tp=8/20us |
|
8.0 |
10.0 |
V |
|
Clamping Voltage |
VC |
IPP=6A; tp=8/20us |
|
10.0 |
12.0 |
V |
|
Junction Capacitance |
CJ |
I/O to GND; VR=0V; f=1MHz |
|
10 |
15 |
pF |
表2 SENC2F5V1BA电气特性表
|
Parameter |
Symbol |
Conditions |
Min. |
Typ. |
Max. |
Units |
|
Reverse Stand-off Voltage |
VRWM |
|
|
|
5.0 |
V |
|
Reverse Breakdown Voltage |
VBR |
IT=1mA |
5.6 |
|
|
V |
|
Reverse Leakage Current |
IR |
VRWM=5V |
|
|
1.0 |
uA |
|
Clamping Voltage |
VC |
IPP=1A; tp=8/20us |
|
8.0 |
10.0 |
V |
|
Clamping Voltage |
VC |
IPP=10A; tp=8/20us |
|
10.0 |
12.0 |
V |
|
Junction Capacitance |
CJ |
I/O to GND; VR=0V; f=1MHz |
|
12 |
20 |
pF |
表3 SENC2X5V1BA电气特性表
总结与结论
KEY按键在生活和生产中应用广泛,其静电保护能力也对后续电路的稳定性十分重要。ELECSUPER SEMI研发各种低电容低钳位电压的ESD和TVS保护器件,可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务,为各种接口及通信线路提供值得信赖的保护器件。以上解决方案是保护KEY按键电路的优选之策,确保电路系统的有序与稳定。
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