AMAZINGIC晶焱科技：RF天線的ESD防護(hù)考量與方案

隨著無線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，射頻（RF；Radio Frequency）天線已成為各種無線設(shè)備中不可或缺的元件，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋移動(dòng)通信、Wi-Fi、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備、車載等多種應(yīng)用。在高速數(shù)據(jù)傳輸、低延遲要求日益增加的情況下，無線傳輸?shù)耐ㄐ刨|(zhì)量變得尤為重要。RF天線根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，其操作頻率和功率范圍也有所不同，例如RF天線用于手機(jī)通話頻段包含700~3500 MHz，GPS的三個(gè)主要頻段為1575.42 MHz、1227.60 MHz、1176.45 MHz，藍(lán)牙使用頻段為2.4 GHz，Wi-Fi頻段則主要在2.4 GHz、5 GHz和6GHz。作為信號(hào)接收與發(fā)送的核心元件，RF天線的性能直接影響整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

當(dāng)產(chǎn)品暴露于外部環(huán)境時(shí)，天線經(jīng)常面臨靜電放電（ESD）的威脅，特別是經(jīng)常被使用者頻繁接觸時(shí)的手持型系統(tǒng)，所受ESD的風(fēng)險(xiǎn)更高，再加上天線的小型化和高度集成化后，ESD造成的損害變得更加嚴(yán)重，因此如何保護(hù)天線免受ESD影響，成為設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。

為了保護(hù)天線免受ESD損害，可以選擇使用TVS作為防護(hù)元件。當(dāng)ESD能量通過外部環(huán)境進(jìn)入天線時(shí)，TVS能夠快速啟動(dòng)，宣泄掉ESD能量，防止過高電壓及電流損壞天線及內(nèi)部電路，從而確保其穩(wěn)定運(yùn)行并延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

如圖一所示，當(dāng)TVS作為保護(hù)元件時(shí)，以并聯(lián)的形式設(shè)置在RF天線電路中，設(shè)置在PCB上時(shí)，要盡可能地靠近容易接觸ESD的端口，TVS即可快速啟動(dòng)以保護(hù)電路。而在PCB上精簡(jiǎn)的布線則可以降低路徑上的寄生電感，進(jìn)而提升TVS的保護(hù)效果。

圖一 TVS放置于天線系統(tǒng)中的示意圖

在挑選合適的TVS作為天線的保護(hù)元件時(shí)，可依天線系統(tǒng)的需求來考量以下參數(shù)：

? 雙向或單向TVS：將天線收發(fā)的信號(hào)分為只在正電壓范圍內(nèi)變動(dòng)的“單向信號(hào)”和會(huì)在正負(fù)電壓范圍內(nèi)變動(dòng)的“雙向信號(hào)”。圖二中，上圖天線是收發(fā)雙向信號(hào)，因此需選擇雙向TVS，才能在保持雙向信號(hào)完整性的前提下，同時(shí)兼顧ESD防護(hù)的效果。若系統(tǒng)中天線收發(fā)的僅有單向信號(hào)，則推薦使用單向的TVS，除了在面對(duì)正向ESD時(shí)可以有良好的保護(hù)效果，最顯著的優(yōu)點(diǎn)在于面對(duì)負(fù)向ESD時(shí)，會(huì)有極低箝制電壓的表現(xiàn)。

? VBV： 如圖三所示，TVS的VBV應(yīng)大于天線系統(tǒng)中收發(fā)信號(hào)的最大峰值，若TVS的VBV小于信號(hào)的峰值，則可能會(huì)因信號(hào)電壓?jiǎn)?dòng)TVS，導(dǎo)致天線無法正常的收發(fā)。 ?

?低電容：由于TVS并聯(lián)在天線系統(tǒng)中，若誤選了過大電容值的TVS，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)影響天線收發(fā)的信號(hào)失真。

? 諧波（Harmonic）：諧波是指在信號(hào)傳輸過程中，除了原始信號(hào)頻率外，還會(huì)出現(xiàn)其整數(shù)倍頻率的信號(hào)。在天線系統(tǒng)中，TVS元件可能會(huì)導(dǎo)致多階諧波，因此在選擇TVS時(shí)，需要考量諧波失真（harmonic distortion），這樣不僅能確保合適的ESD保護(hù)效果，還能避免諧波對(duì)信號(hào)質(zhì)量和穩(wěn)定性的影響。

? 插入損耗（S21）：圖四中，若選擇插入損耗過高的TVS，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)幅度下降和傳輸質(zhì)量變差。為了確保系統(tǒng)在該頻率下的性能不會(huì)受到影響，應(yīng)選擇具備低S21損耗的TVS元件，以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的RF信號(hào)傳輸。

圖二 雙向信號(hào)需要選擇雙向TVS； 單向信號(hào)推薦選擇單向TVS

圖三 VBV需要等于或大于信號(hào)峰值

圖四 低S21的TVS可以減少信號(hào)的損耗

因應(yīng)各種天線接口的ESD防護(hù)需求，晶焱科技提供的完整對(duì)策如下表一所示：

表一 天線的ESD防護(hù)方案

RF天線在無線通信中扮演著關(guān)鍵角色，為有效降低ESD對(duì)其造成的損害，TVS元件是理想的保護(hù)方案。晶焱科技提供多種不同操作電壓、低電容和同時(shí)具備優(yōu)秀ESD保護(hù)特性的TVS元件，能在提供卓越ESD保護(hù)的同時(shí)保持天線的高效性能。在RFIC電路系統(tǒng)中，0201（0.6mm×0.3mm）小封裝的TVS，有利于整合在有限的PCB空間中。晶焱科技致力于提供完善的技術(shù)支持，滿足客戶的ESD設(shè)計(jì)需求。
提供原廠技術(shù)支持和方案應(yīng)用，電話0755-82542001，82574660謝謝惠顧~

審核編輯 黃宇