基于3G、智能手机电路保护设计时的方案选择及器件对比
根据IEC61000-4-2 标准，各类电子器件的最低耐压标准为2kV， 但一些半导体器件以及芯片受工艺线径等因素影响，耐压有可能小于2kV ，而ESD 可能达8kV 甚至更高，因此有必要对手机进行专门的过电压和ESD 防护。
电路防护设计时的方案选择
1. 分级防护
过电压能量通过传导耦合和辐射耦合来传播，线路中过电压是随机产生的，必须对其能量进行减弱吸收，才能避免对线路产生功能性损坏。这需要对线路进行功能模块划分，对每一模块进行逐级过电压抑制及能量吸收，才能有效达到过电压防护目的。
例如在计算机的千兆网口部位，容易受到雷电感应过电压影响，如果在此部位不做保护则很容易损坏网卡。因为能量很大，如果只用小容量压敏电阻防护起不 到很好的防护效果，这时候可以采用分级防护的方案，在变压器的初级采用放电管进行初级保护，在网卡芯片部位采用小容量的压敏防护，这样既不会影响到线路传 输速率，也可以有效防止雷击。
2. 增大被保护器件的内阻
大部分过电压防护器件在起作用时，会将过电流泄放到实地上，这时候防护器件的电阻非常小。被保护器件两端的电压被压敏电阻抑制至100V以下，远低于2KV(参考ESD耐压)，但在IC内阻比较小的情况下，通过IC的脉冲电流会很大，需要从几个方面调整：
a. 调整线路布线结构，减小通过IC的脉冲电流回路面积、增大回路阻抗。脉冲回路可以看成感应圈，当其他电路有脉冲电流通过时，会在此回路产生过电压和脉冲电流，减小过电压和脉冲电流影响的有效方法是减小通过IC的脉冲电流回路面积。
b. 通过型号选择，降低压敏电阻瞬态内阻根据不同线路的传输速率，等效内阻等方面的差异，选择恰当的器件是取得良好的防护效果的重要步骤。
c. 与IC串联磁珠、电容或电阻，增加其回路阻抗。在线路传输信号许可条件下，可采用串联磁珠、电容或电阻Z的方法，提高回路阻抗，改善压敏电阻的过电压防护 效果。该方案能够减小通过IC的脉冲电流，有一定设计裕度，可避免因元件更换、PCB板和布线差异等而可能引起的过电压防护不良问题。
3. 防护器件放置位置和接地设计过电压防护器件最好靠近过电压源放置，例如各个接口、天线、电源等部位。当过电压产生源不明确，或者需要保护特定的芯片时，将防护器件靠近被保护器件放置。很多防护器件需要良好的接地设计才能将脉冲电流能量迅速泄放到接地上，所以防护器件与地的距离尽量要小，同时线径要大。
手机ESD防护方案使用器件对比
目前手机过电压ESD防护方案中用到的器件主要有：采用氧化锌陶瓷材料制作的压敏电阻MLV；基于半导体技术的ESD抑制器件如TVS二极管以及其他防护IC；基于高分子聚合物技术的聚合物ESD元件。
TVS管的突出优点是限制电压比较低，最低可以达到10伏以下，这在过电压保护中起到良好的抑制过电压作用，不足之处是不能吸收过电压能量。而聚合物ESD压敏电阻得益于材料和结构，电容量最小可做到0.05pF以下，可应用于超高速线路，例如USB3.0、HDMI1.4等，不足之处是导通电压很高、不能吸收能量。
压敏电阻的氧化锌陶瓷内部晶粒结构可以吸收一部分能量，因此能够耐受较大瞬态能量，不仅可以用来进行ESD防护，还可以对感应过电压，操作过电压进 行防护。同时叠层压敏电阻内部还是电容结构，有利于线路的EMC设计。压敏电阻的缺点是限制电压比较高(顺络的压敏电阻大部分限制电压在50V以下，部分 小电容产品超过50V)，但这样的限制电压已经远小于各类器件芯片的瞬间耐受电压，可以起到优秀的过电压防护效果。 在价格方面，压敏电阻性价比更高，TVS管和Polymer价格比压敏电阻要高很多。压敏电阻因为其突出的性价比，紧凑的尺寸，优秀的综合性能迎合了手机 性价比和小尺寸的要求，在手机ESD防护解决方案上得到广泛的应用。
压敏电阻应用时一端与被保护器件并联，另外一端要接地。在系统正常工作时，压敏电阻呈现大电阻(MΩ级别)特性，压敏处于开路状态；当过电压达到压 敏电压时，压敏电阻迅速变成小电阻(数Ω级别)，在此过程中，压敏电阻氧化锌晶粒吸收部分能量，其余泄放到实地，有效避免地电位产生瞬态电磁干扰。
如何为手机应用选择合适的压敏电阻
最大直流工作电压、电容量、瞬态电阻是为手机应用选择压敏电阻时需要注意的性能指标。以下为具体的判断和选择方法。
1. 最大直流工作电压(Vdc)
最大直流工作电压指压敏电阻器在最高操作温度下使用时的最大持续直流工作电压，被用来作为测试漏电流的对应电压点，该电压总是比压敏电压小。应用时，Vdc要大于系统的额定工作电压，这样才能保证系统正常工作。
2. 电容Cp
压敏电阻内部是电容的结构，电容量的大小对高速线路影响很大，对于高频率传输信号，电容Cp应小些，反之亦然。如在USB3.0、IEEE1394、HDMI 接口使用低于1pF压敏电阻。
3. 内阻匹配
压敏电阻在线路中的应用如图1所示，根据IEC61000-4-2 标准，电路中元器件耐压至少应为2kV(7.5A)，要使IC不受ESD影响，则在不同条件下：当线路中出现8kV ESD时，Rv＜R/3；当线路中出现1kV ESD时，Rv＜R/5。保险起见, 选压敏电阻时, 其瞬态电阻Rv 应小于R/5。 瞬态内阻与压敏电阻的电容有很大的关系，电容越大，瞬态内阻越小，所以在不影响传输速率的条件下，尽量选用较大电容的压敏电阻。随着电容量的增大，同尺寸同工作电压的压敏电阻瞬态内阻变小。
压敏电阻的电容值是一个很重要的参数，正确的选型可以对电路起到更有效的防护效果。针对手机各个部位的电压大小，传输速率的不同，现给出深圳顺络电 子对ESD和过电压防护的方案设计：图2里推荐选用了多种压敏电阻型号，考虑了最佳的应用效果。实际选用过程，工程师可能更倾向于根据电路的传输速率选用 数种压敏型号，便于物料的管理。
