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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：

  1. 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。

  1. 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。

  1. 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。

  1. 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。

  1. 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。