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BLUE-ANT静电防护方案

方案简介

无线天线是无线通信系统中不可或缺的组成部分，主要用于辐射和接受无线电波，天线种类按功能可分为接收天线和发射天线，接收天线用于捕获电磁波并将其转化为电信号，发射天线用于将电信号转化为电磁波辐射出去，有传输距离远，信号稳定等优点，适合远距离无线通信和信号覆盖，无线天线广泛应用于各种无线通信设备中，如手机通信，蓝牙通信，广播电视等。

本文主要介绍无线蓝牙耳机（TWS）中蓝牙接收天线静电防护方案，由于天线接口长期暴露在空气中，非常容易受到人体自带或外壳摩擦的ESD静电浪涌事件，静电浪涌容易以接收天线为媒介传递到PCB板，导致后端芯片的损坏，引起系统重启，死机等现象，给后续产品的稳定性与可靠性带来一定隐患。此方案采用封装体积小，响应速度快，结电容低的ESD做静电保护，确保接收到的电信号达到一定的强度，实现信号的有效接收和发送，在不影响数据传输的前提下满足IEC 61000-4-2 Level 4静电放电防护需求，让后端的电路得到有效全面的防护，使其适用于各种工业级产品。

BLUE-ANT的ESD防护

在构建蓝牙接收天线的ESD（静电放电）防护体系时需要充分考虑静电在底板的泄放路径，以确保静电能量不会经由天线线路进入无线模块内部，保证静电快速地通过所设计的泄放路径泄放到地。ESD防护在瞬态事件突发时，需凭借超低线间电容来维持电路安全，同时丝毫不减损信号的纯净度与完整性。遭遇ESD冲击时，电路承受的电压即等同于ESD防护器件的钳位电压，故确保钳位电压尽可能低。因此，理想的保护器件应兼具低ESD峰值钳位电压和低动态电阻的优越特性，以有效限制电压尖峰并减少能量损耗。所以，射频天线在选择ESD防护器件时需要考虑如下要求：

  1. 低电容，防止产生谐波噪声使得无线模块的接收灵敏度降低；
  2. 经过若干次ESD冲击后，防护性能不退化且泄漏保持在较低水平；
  3. 器件封装尺寸小，PCB设计空间充足。

 

应用示例

SELC2F5V1B 和 SELC2F5V1BT是用于防止静电放电、低等级过压等瞬态事件的两款ESD防护器件，工作电压都为5V，最大峰值电流分别为4A和4.5A，器件均能满足IEC 61000-4-2 Level 4（±15kV空气放电、±8kV接触放电）静电防护标准及低等级雷击浪涌防护需求。客户可根据天线实际情况进行选择。

型号参数

规格型号

方向

工作电压(V)

Ppk(W)

IPP(A)

钳位电压(V)

结电容（pF）

封装

SELC2F5V1B

Bi.

5

80

4

16

0.3

DFN1006- 2L

SELC2F5V1BT

Bi.

5

120

4.5

22

0.25

DFN1006- 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

6.0

 

 

V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V

 

 

1.0

uA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us

 

10.0

12.0

V

Clamping Voltage

VC

IPP=4A; tp=8/20us

 

16.0

20.0

V

Junction Capacitance

CJ

VR=0V; f=1MHz

 

0.3

0.4

pF

表1 SELC2F5V1B电气特性表

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VRWM

 

 

 

5

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

6.5

 

 

V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V

 

 

1

uA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us

 

12

 

V

Clamping Voltage

VC

IPP=4.5A; tp=8/20us

 

22

 

V

Junction Capacitance

CJ

VR=0V; f=1MHz

 

0.3

 

pF

表2 SELC2F5V1BT电气特性表

 

总结与结论

由于蓝牙接收天线在通信领域中发挥着重要作用，保护IC免受ESD静电及浪涌损害极为关键。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接收天线的优选之策，确保在电子通信系统中电路能可靠传输和稳定运行。