如何做好可穿戴设备的静电放电保护

可穿戴电子产品保护器件要求更低的电容，更低的钳位电压和更小巧尺寸。可穿戴设备是一种交互设备，通常追踪或监控关于佩戴者的信息。受欢迎的这套可穿戴品包括智能眼镜、戒指/ 指戴扫描仪、鞋类、手戴饰物(如电子手表和腕带)、领带、发带、和即将到来的“智能纺织品。

 如今市场上已经出现各种实例，包括用来测量行走距离、脉搏等数据的腕带、专为体能训练时使用的不显眼的内衣（汗衫、文胸等），可收集如脉搏、呼吸频率、姿势和距离等参数的数据。

显然，这些新技术的开发和采用有望改善数据采集，而最终惠及使用者的健康。然而，这些系统最终将被贴近皮肤穿戴的事实既是其最大的优点，也是其潜在的弱点，其原因在于它们将始终暴露于使用者自身产生的静电，在没有适当保护的情况下可以使其产生故障。不幸的是，有时只需轻轻一碰就可以引起一次静电放电（ESD）瞬态。任何传感器电路、按钮、电池充电接口、或者数据输出/输入端口都可以为静电放电提供路径进入可穿戴设备。

 对于可穿戴设备制造商来说幸运的是，基于半导体技术的静电放电保护元件供应商Littelfuse为改善这些解决方案的能力正进行着不懈的努力。电子产品公司不断投资开发新工艺，以提高他们保护产品的性能。最新的元件创新技术包括：

1、降低钳位电压，保护最敏感的电路

在静电放电事件中，静电放电保护器的主要工作是尽可能地分流和消散尽可能多的静电放电瞬态脉冲。通过减少通态电阻（通常称为“动态电阻”）可以提高这种特性。通过减少动态电阻，静电放电保护器所承载的瞬态电流将大幅高于被保护电路中的电流。如此，其减少了集成电路上的静电应力，并确保其免于损坏。例如，可以选用动态电阻值低于0.1的瞬态电压抑制二极管阵列，以提供最佳的保护性能。

2、更低的电容，避免干扰高速数据传输

虽然电路保护是静电放电保护器件的主要目的，但是起到这层效果的同时，还应不会对受保护电路的日常运转造成干扰。比如，对射频接口（蓝牙、ZigBee等）或者类似于USB2.0的连接端口，静电放电保护器不可以引起失真或造成数据信号强度损失。为了确保信号的完整性，静电放电保护器的电容必须在不影响保护水平的前提下降至最低。

3、更小的外形尺寸，适合可穿戴设备有限的电路板空间

不管一种保护器件的性能有多么优良，如果对其所要保护的应用不适配，也不会特别有用。可穿戴式医疗设备将会朝着越来越薄越来越小的方向发展（手表、腕带、胸带等）或者直接被植入到衣服中，因此，留给静电放电保护解决方案的空间将会很小。分立二极管将是理想的选择，可以为设计人员带来卓越的电路板布局灵活性。例如，在要求减少元件数量和保护器件占用面积的应用中。

在2015年，半导体产品还会出现一系列满足可穿戴设备要求的变化。

可穿戴技术对电路设计人员而言，是一种有趣的挑战。为什么？想想这些设备被设计成与消费者密切相关的产品。因为他们是直接通过接触皮肤进行穿戴，极大的暴露风险是使用者产生的静电。不幸的是，即使最简单的人类接触可极可以生成短暂的静电放电（ESD）。如果没有适当的保护，任何传感器电路、蓄电池充电接口、按钮、或数据输入输出可以为ESD提供进入可穿戴设备的路径，对电子产品造成不可挽回的伤害。幸运的是，像力特这样的公司不断投资于新工艺的开发，继续加强他们半导体ESD保护器件。可穿戴设备制造商受益于专业提供的电路保护技术，因为他们有助于提高产品的安全性和可靠性。

较低的电容来避免干扰高速数据传输

ESD保护器件必须提供不干扰日常功能的的电路保护。例如，在射频接口（如蓝牙或无线局域网)或象USB2.0的有线端口，ESD保护器不能造成信号失真或数据信号强度损失。为了保证信号完整性，ESD保护器的电容必须被最小化，而不减弱保护水平。Littelfuse SP3022系列TVS二极管(图1) 具有0.35 pF极低电容值的特点，确保它对高速信号，保持隐形状态。

图1. Littelfuse SP3022系列TVS二极管具有0.35 pF极低电容值的特点

利用较低的钳位电压来保护最敏感电路

如果发生ESD放电事件，ESD保护器的主要工作是尽可能转移和消散ESD瞬态电压。该特点通过静电脉冲时减少状态阻力或动态阻力，得到改善，通过ESD保护器比被保护电路携带的冲击电流更多。通过这样做，它减少了集成电路上的静电释放压力，并确保其生存。例如，Littelfuse SP3014系列TVS二极管阵列（图2）有低于0.1Ω的动态电阻值，提供最佳的低钳位性能。

 图2. Littelfuse SP3014系列TVS二极管阵列有低于0.1Ω的动态电阻值

更小巧的尺寸，以适应可穿戴设备中有限板的可用空间 

无论保护器件如何高性能运转，如果不能适应具体的应用环境，也是没有用的。可穿戴设备变得更薄、更小，电路板会有最小的可用空间，以适应ESD保护方案。分离器件的保护方案是最好解决该潜在设计挑战的途径，因为他们给设计工程师提供特殊电路板布局的灵活性。源于力特的SP1020（30pF）和SP1021（6 pF）系列二极管在01005封装尺寸内，将他们占据的空间量降到最低。此外，应用在节约空间0.94 x 0.61毫米的封闭尺寸中，SP1012系列(图3)拥有5路保护，最大的减少了保护器件的数量以及最小的引脚数量。

图3. SP1012 系列五通道双向TVS二极管阵列提供强而有力的保护，抵抗具有破坏性的静电放电

很明显，可穿戴技术深入人心。可穿戴设备将继续挑战设计师，设计师必须确保他们正如预期的那样运行，无论用户的活动水平如何，或他们受ESD瞬变的影响如何。ESD保护器件制造商将继续开发不会干扰可穿戴设备核心功能的保护技术— 有助于可穿戴设备制造商向消费者传递可靠性和价值。