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技术方案
RF天线的ESD防护考量与方案
发布时间：2025-04-05 12:29:07
随着无线通信技术的蓬勃发展，射频（RF；Radio Frequency）天线已成为各种无线设备中不可或缺的元件，应用领域涵盖移动通信、Wi-Fi、物联网（IoT）设备、车载等多种应用。在高速数据传输、低延迟要求日益增加的情况下，无线传输的通信质量变得尤为重要。RF天线根据不同的应用场合，其操作频率和功率范围也有所不同，例如RF天线用于手机通话频段包含700~3500 MHz，GPS的三个主要频段为1575.42 MHz、1227.60 MHz、1176.45 MHz，蓝牙使用频段为2.4 GHz，Wi-Fi频段则主要在2.4 GHz、5 GHz和6GHz。作为信号接收与发送的核心元件，RF天线的性能直接影响整体系统的稳定性与可靠性。
当产品暴露于外部环境时，天线经常面临静电放电（ESD）的威胁，特别是经常被使用者频繁接触时的手持型系统，所受ESD的风险更高，再加上天线的小型化和高度集成化后，ESD造成的损害变得更加严重，因此如何保护天线免受ESD影响，成为设计中的重要一环。
为了保护天线免受ESD损害，可以选择使用TVS作为防护元件。当ESD能量通过外部环境进入天线时，TVS能够快速启动，宣泄掉ESD能量，防止过高电压及电流损坏天线及内部电路，从而确保其稳定运行并延长设备寿命。
如图一所示，当TVS作为保护元件时，以并联的形式设置在RF天线电路中，设置在PCB上时，要尽可能地靠近容易接触ESD的端口，TVS即可快速启动以保护电路。而在PCB上精简的布线则可以降低路径上的寄生电感，进而提升TVS的保护效果。
图一 TVS放置于天线系统中的示意图
在挑选合适的TVS作为天线的保护元件时，可依天线系统的需求来考量以下参数：
• 双向或单向TVS：将天线收发的信号分为只在正电压范围内变动的“单向信号”和会在正负电压范围内变动的“双向信号”。图二中，上图天线是收发双向信号，因此需选择双向TVS，才能在保持双向信号完整性的前提下，同时兼顾ESD防护的效果。若系统中天线收发的仅有单向信号，则推荐使用单向的TVS，除了在面对正向ESD时可以有良好的保护效果，最显著的优点在于面对负向ESD时，会有极低箝制电压的表现。
• VBV： 如图三所示，TVS的VBV应大于天线系统中收发信号的最大峰值，若TVS的VBV小于信号的峰值，则可能会因信号电压启动TVS，导致天线无法正常的收发。 •
•低电容：由于TVS并联在天线系统中，若误选了过大电容值的TVS，严重时可能会影响天线收发的信号失真。
• 谐波（Harmonic）：谐波是指在信号传输过程中，除了原始信号频率外，还会出现其整数倍频率的信号。在天线系统中，TVS元件可能会导致多阶谐波，因此在选择TVS时，需要考量谐波失真（harmonic distortion），这样不仅能确�：鲜实腅SD保护效果，还能避免谐波对信号质量和稳定性的影响。
• 插入损耗（S21）：图四中，若选择插入损耗过高的TVS，可能会导致信号幅度下降和传输质量变差。为了确保系统在该频率下的性能不会受到影响，应选择具备低S21损耗的TVS元件，以实现更稳定的RF信号传输。
图二 双向信号需要选择双向TVS；
单向信号推荐选择单向TVS
图三 VBV需要等于或大于信号峰值
图四 低S21的TVS可以减少信号的损耗
因应各种天线接口的ESD防护需求，晶焱科技提供的完整对策如下表一所示：
| Parts | Application | VRWM | VBV (Min.) | Package | ESD Clamping Voltage at 16A | CIN (Typ.) | IEC 61000-4-2 Contact ESD |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AZ5B65-01F | Consumer | 5V | 6V | DFN0603P2Y | 20V | 0.3pF | ±15-kV |
| AZ5B75-01B | Consumer | 5V | 6V | CSP0603P2Y | 18V | 0.1pF | ±8-kV |
| AZ5B85-01B | Consumer | 5V | 6V | CSP0603P2Y | 11V | 0.5pF | ±16-kV |
| AZ5H23-01BS | Consumer | 3.3V | 18.5V | CSP0603P2US | 10.5V | 0.25pF | ±18-kV |
| AZ9817-01F | Automotive | 17V | 18.7V | DFN1006P2E | 38V | 0.4pF | ±10-kV |
| AZ9024-01F | Automotive | 24V | 26.2V | DFN1006P2E | 39V | 0.6pF | ±30-kV |
| AZ9568-01F | Automotive | 8V | 10V | DFN1006P2E | 20V | 0.4pF | ±30-kV |
| AZ9924-01F | Automotive | 24V | 26.2V | DFN1006P2E | 53V | 0.3pF | ±11-kV |
表一 天线的ESD防护方案
RF天线在无线通信中扮演着关键角色，为有效降低ESD对其造成的损害，TVS元件是理想的保护方案。晶焱科技提供多种不同操作电压、低电容和同时具备优秀ESD保护特性的TVS元件，能在提供卓越ESD保护的同时保持天线的高效性能。在RFIC电路系统中，0201（0.6mm×0.3mm）小封装的TVS，有利于整合在有限的PCB空间中。晶焱科技致力于提供完善的技术支持，满足客户的ESD设计需求。
